基于扩束聚焦系统的tdlas气体测温检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测装置。
【背景技术】
[0002]随着科学的发展，社会的进步，社会生产过程中产品检测技术不断提高，由原来的机械性质的检测手段逐步推进到光电技术的检测手段，其中气体检测为当下最为前言具有社会市场的检测手段，对气体燃烧中的温度及含量进行实时监控测量，主要应用于小型工程化燃烧设备的温度检测。原有的机械测量温度设备指标较低，精确度低，测量范围小，基本不能满足工业化的高温作业要求。对于光电检测技术，激光检测精度高，误差小，装置设计调试简易，操作简便，维护周期较长，基本满足工业生产检测需求。
【实用新型内容】
[0003](一 )要解决的技术问题
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:如何提供一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测装置。
[0005]( 二 )技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测装置，所述测温检测装置以燃烧气体场为中心划分为两部分；位于燃烧气体场一侧的为光源发射端，位于燃烧气体场另一侧的为光源接收端；且，燃烧气体场空间由耐高温玻璃14形成，且其上设有燃烧检测口 8 ;
[0007]所述光源发射端包括:电源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号调试器3、激光信号发生器4、单模光纤13、激光合束器5、光纤准直器6、激光扩束镜筒7 ;其中，所述第一激光器2a自带有第一激光驱动器，所述第二激光器2b自带有第二激光驱动器；所述光源接收端包括:平凸透镜9、积分球11、第一光电探测器、第二光电探测器、第一光电转换器10a、第二光电转换器10b、光电变换器信号转换线12 ;
[0008]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器4、激光信号调试器3的电源线接口相互连接并统一连接至电源的供电接口电源线1 ;所述激光信号发生器4分别连接第一激光驱动器、第二激光驱动器以及激光信号调试器3 ;所述单模光纤13分别连接第一激光器2a输出端口、第二激光器2b输出端口以及激光合束器5输入端口 ；所述激光合束器5输入端口分别连接第一激光器2a及第二激光器2b各自传输的单模光纤13 ;所述光纤准直器6连接在激光合束器5后端输出端；激光扩束镜筒7连接在光纤准直器6后端输出端；
[0009]所述平凸透镜9位于燃烧气体场中相对于光源发射端的另一侧，位于光源接收端的前端，且处于所述激光扩束镜筒7的出射路径上，平凸透镜9中心位置与激光扩束镜筒7中心位置共轴；所述积分球11位于平凸透镜9后端，且平凸透镜9焦距位置在积分球11入光孔径中；积分球11内部有一进光口及两路出光口，根据所述第一激光器2a及第二激光器2b的激光波长不同进行滤光片分光，使得由一束光经积分球11滤光片进行分光，分出各自频率光有出光口各自打出；在积分球11两个出光口处各自设置有光电探测器，分为第一光电探测器及第二光电探测器，第一光电探测器连接第一光电转换器10a，第二光电探测器连接第二光电转换器10b ;且第一光电转换器10a响应波段与第一激光器2a工作波段相匹配，第二光电转换器10b响应波段与第二激光器2b工作波段相匹配，第一光电转换器10a和第二光电转换器10b后端通过光电变换器信号转换线12连接计算机；其中，所述光纤准直器6发出的激光束、平凸透镜9、积分球11入光口径三者在同一光轴各自中心对称。
[0010](三)有益效果
[0011]与现有技术相比较，本实用新型提供的基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测装置，装置内部采用高能半导体可协调激光器作为工作光源，利用光学光线扩束与透镜聚焦原理，检测待测燃烧气体的温度，测量精确度高，设备调试简易，操作简便。
[0012]本实用新型的有益效果:采用高能半导体可协调激光器作为工作光源，激光器在特定波动可变频探测，探测范围精确较宽，光束聚集性较好。测量结果精确度高，散失能量较小，装置搭建简易、操作简便、携带方便，适用于小型工程化燃烧设备的温度检测。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构示意图。
[0014]图2为本实用新型外形图。
[0015]图中:1-电源线；2a_第一激光器(自带第一激光驱动器)；2b_第二激光器(自带第二激光驱动器)；3_激光信号调试器；4_激光信号发生器；5_激光合束器；6_光纤准直器；7_激光扩束镜筒；8_燃烧检测口 ；9_平凸透镜；10a-第一光电转换器；10b-第二光电转换器；11-积分球；12-光电变换器信号转换线；13-单模光纤；14-耐高温玻璃；15_外壳。
【具体实施方式】
[0016]为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0017]为解决现有技术的问题，本实用新型提供一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测装置，如图1及图2所示，所述测温检测装置以燃烧气体场为中心划分为两部分；位于燃烧气体场一侧的为光源发射端，位于燃烧气体场另一侧的为光源接收端；且，燃烧气体场空间由耐高温玻璃14形成，且其上设有燃烧检测口 8 ;
[0018]所述光源发射端包括:电源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号调试器3、激光信号发生器4、单模光纤13、激光合束器5、光纤准直器6、激光扩束镜筒7 ;其中，所述第一激光器2a自带有第一激光驱动器，所述第二激光器2b自带有第二激光驱动器；所述光源接收端包括:平凸透镜9、积分球11、第一光电探测器、第二光电探测器、第一光电转换器10a、第二光电转换器10b、光电变换器信号转换线12 ;
[0019]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器4、激光信号调试器3的电源线接口相互连接并统一连接至电源的供电接口电源线1 ;所述激光信号发生器4分别连接第一激光驱动器、第二激光驱动器以及激光信号调试器3 ;所述单模光纤13分别连接第一激光器2a输出端口、第二激光器2b输出端口以及激光合束器5输入端口 ；所述激光合束器5输入端口分别连接第一激光器2a及第二激光器2b各自传输的单模光纤13 ;所述光纤准直器6连接在激光合束器5后端输出端；激光扩束镜筒7连接在光纤准直器6后端输出端；
[0020]所述平凸透镜9位于燃烧气体场中相对于光源发射端的另一侧，位于光源接收端的前端，且处于所述激光扩束镜筒7的出射路径上，平凸透镜9中心位置与激光扩束镜筒7中心位置共轴；所述积分球11位于平凸透镜9后端，且平凸透镜9焦距位置在积分球11入光孔径中，目的是确保所有激光束经聚焦后全部进入积分球11 ;积分球11内部有一进光口及两路出光口，根据所述第一激光器2a及第二激光器2b的激光波长不同进行滤光片分光，使得由一束光经积分球11滤光片进行分光，分出各自频率光有出光口各自打出；在积分球11两个出光口处各自设置有光电探测器，分为第一光电探测器及第二光电探测器，第一光电探测器连接第一光电转换器10a，第二光电探测器连接第二光电转换器10b ;且第一光电转换器10a响应波段与第一激光器2a主要工作波段相匹配，第二光电转换器10b响应波段与第二激光器2b主要工作波段相匹配，第一光电转换器10a和第二光电转换器10b后端通过光电变换器信号转换线12连接计算机，并实时在计算机中传输转换电信号图像；其中，所述光纤准直器6发出的激光束、平凸透镜9、积分球11入光口径三者在同一光轴各自中心对称，目的保障光路系统稳定光信号不失真；
[0021]工作过程中，装置内部电源为整体检测设备提供电压，在供电的基础上打开含激光驱动器的激光器、激光信号调试器及激光信号发生器，其中激光信号发生器设定给出在相对检测气体频率基准值，并对激光信号调试器中在基准值附近频率及待测气体重点采集的波长范围并加载锯齿波信号进行调试。调试后的激光束发出的光信号与调试时一致。激光在单模光纤传输后在光纤出光口进行光线的准直后光束在扩束镜筒中转换为平行宽光束，穿过燃烧场壁的耐高温玻璃后经平凸透镜折射聚焦到积分球中，光束在积分球出口射出打在相应的光电探测器及光电变换器中，在计算机中转换成电信号进行数据采集处理计算出气体实时温度数据。
[0022]其中，所述气体测温检测装置的矩形外壳15部分材料选取为耐高温，内部器件壁四周有防护隔热层，使得器件在内部常温下正常工作，外部耐高温防止气体燃烧中外部变形。
[0023]其中，在激光器的选取中，根据所待检测燃烧场气体的波长谱线范围来确定激光器的工作主要工作波段，其中选取的激光器在主要工作波段要与检测气体波段一致，波长浮动范围略高于涵盖待测波段，目的是在信号调谐波长中更能扩大找到待测波长浮动的确定范围值。
[0024]其中，激光器选取为两种待测气体吸收波长的激光器，目的对两路激光信号进行比对计算确定温度。
[0025]其中，在激光的传输过程中，应用单模光纤，且光纤传输与激光器匹配，单模光纤传输距离远，信号传输稳定，衰减略低，符合工程化所需。
[0026]其中，两路激光器传输的光纤经激光合束器，结合成一束两种波长模式的激光。
[0027]其中，激光合束器的光纤出射端口连接激光准直器，目的在于激光束射出为平行光。
[0028]其中，激光扩束镜筒连接在激光准直器出射端，目的使得平行光束变换为较宽的圆柱型光束，聚集焦点光的效果强度明显。
[0029]其中，检测装置中的燃烧口壁两侧为耐高温玻璃，却高温燃烧后，无变形，折射率一定。
[0030]其中，所检测每一种气体的燃烧成分谱