专利名称：光干涉式气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及測量行业 气体浓度测量技术领域，尤其涉及一种光干涉式气体传感器。
背景技术：
煤矿事故中，因瓦斯爆炸死亡的人数最多，瓦斯是造成煤矿事故的最主要原因。目前，矿井中瓦斯测量的主要设备是基于热催化的瓦斯检测器，但由于热催化元件的固有性质，该检测器的稳定性差、标校周期短；而光干渉式瓦斯传感器，具有測量精度高、稳定性强、标校周期长的优点。在基于光干涉的瓦斯检测方面，中国专利200820039611. 7《光干涉式甲烷测定器》，设计了ー种方便測量、利于井下操作的光学甲烷測定器。如图I所示，该光干渉式甲烷測定器中，光路中的气室均采用长方体形式，气室由轴向的铜壁分隔成三个腔体，构成标准气室2、4与采样气室3，三个腔体平行且长度相同，标准气室2、4分别布置在采样气室3的两侧。在实际生产操作中，測量不同浓度范围瓦斯时需要分别制造不同长度的长方体气室。并且该种长方体气室只适用于低浓度气体的測量，对于高浓度(O 40%与O 100% )的气体测量，所需的气室长度太短，不能再増加合适尺寸的气体插入口 ；前后两块高透光的平面透镜几乎贴在一起，生产加工难度大。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种光干涉式气体传感器。( ニ )技术方案根据本发明的ー个方面，提供了一种光干涉式气体传感器，包括光源、聚光镜、背面镀有全反射膜的平面镜、具有标准气室和采样气室的气室、折光棱镜和光接收器件。由光源发出的光线经聚光镜会聚后入射到背面镀有全反射膜的平面镜，分成具有光程差的两束光P、Q ;该两束光P、Q穿过标准气室，分别经折光棱镜折光后回到采样气室，最后在背面镀有全反射膜的平面镜处重新会合成一束光，在光接收器件处产生干渉条纹。气室呈等腰梯形，该等腰梯形的两侧分别设置平面透镜；该气室由与等腰梯形底边平行的分割壁分隔成标准气室和采样气室，标准气室连接到标准进气ロ ；采样气室，连接到采样进气ロ。(三)有益效果本发明需要測量不同浓度范围的气体浓度时，只需更换具有不同底角Y的梯形气室即可，并根据加工和安装的方便简洁性选择合适的梯形边长，使得系统的生产加工、组装等效率更高。
图I为现有技术光干渉式甲烷測定器的结构示意图2为本发明实施例光干涉式气体传感器的俯视图。主要元件符号说明I-光源；2-聚光镜；3-背面镀有全反射膜的平面镜；4-标准气室；5-采样气室；6-高透光平面透镜；7-折光棱镜；8-补偿棱镜；9-光接收器件。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本发明进ー步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的參数的示范，但应了解，參数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。在本发明的一个示例性实施例中，提出光干涉式气体传感器。如图2所示，该光干涉式气体传感器包括光源I、聚光镜2、背面镀有全反射膜的平面镜3、气室、折光棱镜7、补偿棱镜8。背面镀有全反射膜的平面镜3和折光棱镜7分别布置在气室的两个外端，背面镀有全反射膜的平面镜3与气室底边呈45°角相对布置，光源I布置在背面镀有全反射膜的平面镜3的另ー侧，聚光镜2布置在光源I和平面镜3之间，补偿棱镜8布置在平面镜3与采样气室5之间。如图2所示，气室采用等腰梯形设计，由轴向中心处的分隔壁壁分隔成两个腔体-标准气室4与采样气室5，标准气室4和采样气室5的两端分别设置高透光平面透镜6 (其透光率大于90%)，高透光平面透镜6与梯形气室长侧壁呈大于45°并且小于90°的鋭角，采样气室5经过滤室连接到采样进气ロ，标准气室用毛细管连接到标准进气ロ，即连接至标准气囊。由光源I发出的光线经聚光镜2会聚后以入射角α =45°入射到背面镀有全反射膜的平面镜3，平面镜将光线分成两束光p、q，两束光p、q都穿过标准气室，然后分别经折光棱镜7折射后回到采样气室5，最后光线p、q穿过补偿棱镜8后到达平面镜3重新会合成一束光，在光接收器件9处产生干渉条纹。本实施例基于光干涉原理，当采样气室中的气体浓度x%改变,被采样气体的折射率Hg变化，从而穿越采样气室与标准气室的两束光线P、Q产生光程差，因此会合后的光线在光接收器件9处形成干渉条纹，随着气体浓度的变化，干涉条纹会发生移动，通过测量该移动量即可得到被采样气体的浓度值x%。在本发明优选的实施例中，分隔壁为经过黑化处理的黄铜，当然也可以采用防锈、放光系数小的其他金属材料制成，例如，经过黑化处理的铝板、不锈钢板。在本发明优选的实施例中，补偿棱镜8设置于所述采样气室与所述背面镀有全反射膜的平面镜之间，用于对由采样气室射出的两束光P、q进行光程补偿。此处，通过改变补偿棱镜的傾斜度，从而改变光线的光程差，使干涉条纹的中心点发生移动，找到光干涉式气体传感器的零点。、
以下结合图2来说明本实施例光干涉式气体传感器的測量原理。梯形气室的底角(即气室两端的高透光平面透镜与底边之间的夹角)为Y，顶边与底边之间高度为H，顶边长度为L1，底边长度为L6，经过气室的四条光线的长度分别为L2, L3, L4, L5。采样气室5中的气体浓度为x%，气体的折射率为n(gas)，则混合气体的折射率为ng = x% *n(gas) + (l-x% )*na(I)其中，na为标准气体的折射率。则经过采样气室5后两束光线的光程差
权利要求
1.一种光干涉式气体传感器，包括光源、聚光镜、背面镀有全反射膜的平面镜、具有标准气室和米样气室的气室、折光棱镜和光接收器件； 由所述光源发出的光线经所述聚光镜会聚后入射到所述背面镀有全反射膜的平面镜，分成具有光程差的两束光p、q ;该两束光p、q穿过所述标准气室，分别经所述折光棱镜折光后回到所述采样气室，最后在所述背面镀有全反射膜的平面镜处重新会合成一束光，在光接收器件处产生干涉条纹； 其中，所述气室呈等腰梯形，该等腰梯形的两侧分别设置平面透镜；该气室由与所述等腰梯形底边平行的分割壁分隔成标准气室和采样气室，其中标准气室连接到标准进气ロ，采样气室连接到采样进气ロ。
2.根据权利要求I所述的光干涉式气体传感器，其中，所述等腰梯形的底角Y为大于.45°并且小于90°的锐角。
3.根据权利要求2所述的光干涉式气体传感器，其中，60°< Y <90°。
4.根据权利要求3所述的光干涉式气体传感器，其中， 当所述采样气室内被测瓦斯浓度在O 10%范围内吋，Y =60° ; 当所述采样气室内被测瓦斯浓度在O 40%范围内吋，Y =82° ;或 当所述采样气室内被测瓦斯浓度在O 100%范围内时，Y =87°。
5.根据权利要求I所述的光干涉式气体传感器，其中所述背面镀有全反射膜的平面镜和所述折光棱镜分别布置在所述气室的两侧。
6.根据权利要求5所述的光干涉式气体传感器，其中由所述光源发出的光线经所述聚光镜会聚后，其方向与所述气室的底边呈90° ; 所述背面镀有全反射膜的平面镜与所述气室的底边呈45°角，由该背面镀有全反射膜的平面镜分成的两束光P、q的方向与所述气室的底边平行。
7.根据权利要求6所述的光干涉式气体传感器，其中所述背面镀有全反射膜的平面镜的厚度h介于O. 3cm至I. 5cm之间。
8.根据权利要求I所述的光干涉式气体传感器，其中所述分隔壁为经过黑化处理的铜壁，该铜壁位于所述等腰梯形的轴向中心处。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的光干涉式气体传感器，其中，经过所述采样气室后，所述P、q两束光线的光程差
10.根据权利要求I至8中任一项所述的光干涉式气体传感器，还包括 补偿棱镜，设置于所述采样气室与所述背面镀有全反射膜的平面镜之间，用于对由采样气室射出的两束光P、q进行光程补偿，以确定光干涉条纹的零点。
全文摘要
本发明提供了一种光干涉式气体传感器，包括光源、聚光镜、背面镀有全反射膜的平面镜、具有标准气室和采样气室的气室、折光棱镜和光接收器件。气室呈等腰梯形，该等腰梯形的两侧分别设置平面透镜；该气室由与等腰梯形底边平行的分割壁分隔成标准气室和采样气室，标准气室连接到标准进气口；采样气室，连接到采样进气口。本发明只需更换具有不同底角γ的梯形气室，即可测量不同浓度范围的气体浓度。
文档编号G01N21/01GK102749305SQ20121026596
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者何烽光, 李恩, 杨国栋, 杨明博, 林浩, 梁自泽, 翟波, 谭民, 赵德政 申请人:中国科学院自动化研究所
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