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专利名称：一种基于气体吸收稳频激光器的气体监测报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对气体浓度的监测和报警，具体涉及一种采用气体分子 光吸收谱的原理，用稳频激光器监测气体浓度并超限报警的装置。
背景技术：
气体分子光吸收谱就像人类的指纹，利用气体分子的吸收光谱是气体种 类识别和气体分子浓度测定的有效手段。随着工业化进程的加快，重大危险 源、重大事故隐患种类和数量将不断增多，必将对安全生产科技工作提出更 高要求，形成巨大的需求。在电力、冶金、石化等行业中，生产过程会涉及
使用或产生各种气体，如C0、 C02、 CHa等。 一方面，工业过程中这些气体的浓 度控制不好，会导致生产效率低下，能耗升高；另一方面一旦从传输管道中 泄漏，轻则危及生产设施和设备的安全，重则危及现场工作人员的生命安全。 因此，寻求一种快速有效的现场实时气体检测方法，对于提高生产效率、降 低能耗和保障生命及生产的安全而言是至关重要的，电力、冶金、石油、化 工、环境保护和卫生防疫等领域就需要解决多种气体浓度的检测和预警问题。 其中，利用气体特征吸收线的激光检测法有灵敏度高、选择性强、免维护以 及使用寿命长等一系列优点，是最近十多年来发展迅速的一项新兴的气体检 测技术。其良好的技术发展前景日益受到国内外相关领域的研究者和使用者 的广泛重视。气体检测装置常常需要安装在厂矿企业现场，即需要处在高温、 振动、粉尘等环境中，光学器件在这样的环境下，长期工作性能会不稳定， 其光频会产生漂移，因此，必须采用稳频激光器锁定光谱。参考气室是稳频 激光器的重要组成部分，现有技术由于没有采用稳频激光器，在激光器使用 一段时间后，需要人工校准激光器的工作性能。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的不足，利用成熟半导体光电 器件的同轴封装技术，设计稳频激光器，提供一种低成本、高精度、免维护 的气体监测报警装置。
本实用新型的技术解决方案是 一种基于气体吸收稳频激光器的气体监 测报警装置，包括中央控制单元、稳频激光组件、温控单元、电流控制单元、 显示/报警/通讯/人机界面单元、探测及放大单元和信号处理单元。温控单元 控制稳频激光组件的温度，还可设置散热组件控制稳频激光组件的温度。
稳频激光组件是利用现有通信用单纤双向器件同轴封装结构中组件内的 空间并未充分利用的特点，将参考气室安装到组件内。稳频^t光组件为T型 管壳结构，在T型管壳内，三个口分别装上激光器、参考探测器和光输出器。 T型管壳中间加了一个45°角放置的半反半透膜片，该膜片将一部分激光反 射进探测器作为参考光。激光器的前向输出一般通过光纤耦合出去，也可根 据需要采用准直透镜将光束准直后直接输出。该组件内充满了特定浓度的与 被监测气体相同的参考气体。
散热组件包括制冷器TEC、热敏电阻及散热块，通过温控单元的电路控制 来对组件进行温度测量和控制。
电流控制单元利用参考探测器的输出信号对半导体激光器进行电流控 制，使激光波长稳定在气体吸收峰上。
探测及放大单元检测通过被测气体后的激光信号，并经由信号处理单元 处理后，由中央控制单元计算出气体浓度，再将结果输出到显示/报警/通讯/ 人机界面单元，实现浓度显示、报警、通讯等功能。
本实用新型的有益效果是充分利用了器件内部的多余空间，将参考气 室集成到激光器组件内，使得器件整体结构紧凑；而且封装工艺简单，器件 封装材料容易获得，成本较低。本实用新型的优势还在于，由于管壳温度是 受控的，在气室里面的参考气体温度也可以得到控制，这样参考气室里的参 考气体不会受到外部环境温度的影响，更有利于波长的精确锁定。


图1本实用新型装置的结构框图。
图2本实用新型装置的带光纤输出的稳频激光组件结构示意图
图3本实用新型装置的带准直光输出的稳频激光组件结构示意图
图中l.激光器，2.参考探测器，3.膜片，4.光输出器，5.膜片座，6.T
型管壳。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明
一种基于气体吸收稳频激光器的气体监测报警装置结构框图如图1所示。 由中央控制单元、稳频激光组件、温控单元、电流控制单元、显示/报警/通 讯/人机界面、探测及放大单元、信号处理单元组成。温控单元控制稳频激光 组件的温度。
本实用新型的稳频激光组件如图2、图3所示，稳频激光组件为T型管壳 6结构，在T型管壳6的三个口采用同轴封装有激光器1、参考探测器2和光 输出器4，在光输出器4前设置45°角放置的膜片3，膜片3粘在膜片座5上， 膜片3将激光分成两路，反射率和透射率通过膜片镀膜来控制。在T型管壳6 的空间内密封有参考气体，形成参考气室。光输出器4其输出信号既可以是 光纤耦合输出，又可以是通过准直透镜直接输出准直光。
稳频激光组件输出的激光经过膜片3后一部分被反射进参考探测器2，另 外一部分激光进入光输出器4后经过被测气体，由探测及放大单元检出被测 信号。参考探测器2输出的参考信号一部分反馈给电流控制单元，通过电流 控制单元控制驱动电流使激光器1波长稳定在气体吸收峰上。另外一部分参 考信号传给中央控制单元，与被测信号进行比较后算出气体浓度。根据不同
气体吸收强度不同，要求的参考气室长度也不同，可以通过改变参考探测器2 与膜片3的距离来改变参考气室的长度。中央控制单元通过显示/报警/通讯/ 人机界面单元实现显示、通讯、界面控制等功能；当气体浓度达到设定值时， 产生报警。
权利要求1.一种基于气体吸收稳频激光器的气体监测报警装置，由中央控制单元、稳频激光组件、温控单元、电流控制单元、显示/报警/通讯/人机界面、探测及放大单元、信号处理单元组成，其特征是稳频激光组件为T型管壳(6)结构，在T型管壳(6)的三个口采用同轴封装有激光器(1)、参考探测器(2)和光输出器(4)，在光输出器(4)前设置45°角放置的膜片(3)，膜片(3)粘在膜片座(5)上，在T型管壳(6)的空间内密封有参考气体，形成参考气室。
2、 如权利要求1所述的气体监测报警装置，其特征是膜片(3)为半反 半透膜。
3、 如权利要求1所述的气体监测报警装置，其特征是光输出器(4)是 耦合光纤。
4、 如权利要求1所述的气体监测报警装置，其特征是光输出器(4)是 准直透镜。
专利摘要本实用新型涉及一种基于气体吸收稳频激光器的气体监测报警装置，由中央控制单元、稳频激光组件、温控单元、电流控制单元、显示/报警/通讯/人机界面、探测及放大单元、信号处理单元组成，稳频激光组件为T型管壳6结构，在T型管壳6的三个口采用同轴封装有激光器1、参考探测器2和光输出器4，在光输出器4前设置膜片3，膜片3粘在膜片座5上，在T型管壳6的空间内密封有参考气体，形成参考气室。本装置充分利用了器件内部的多余空间，将参考气室集成到激光器组件内，使得器件整体结构紧凑，成本低，参考气体不受外部环境温度的影响，有利于波长的精确锁定。
文档编号G01N21/31GK201199229SQ20082006712
公开日2009年2月25日 申请日期2008年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者辉 原, 张哲民, 汝 赖, 薇 赖, 进 钱 申请人:张哲民;赖 汝;钱 进;原 辉;赖 薇