专利名称：一种采用激光探测室内有害气体浓度的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种室内有害气体探测装置，特别是涉及一种采用激光探测室内有害气体浓度的系统。
背景技术：
目前家庭装修污染的一个重要内容就是在家庭装修和新家散发出大量有害气体甲醛，甲醛的存在会对周围的人的健康产生严重的危害。由中国环境学会室内环境分会在京召开的“甲醛离儿童白血病到底有多远”专题研讨会披露，室内的甲醛污染浓度超过1.0mg/m3时即可引起细胞突变和癌症(包括白血病)，这也是常常导致儿童白血病主要元凶。
传统的室内有害气体浓度测量装置(发明专利号CN87209935)采用化学反应法测量，让室内含有甲醛的气体与装置的气敏元件中暴露在外面的化学物质进行反应，经过一段时间后根据探测到的生成物的多少来判断甲醛的浓度。这种装置虽然原理简单，但由于室内有害气体甲醛的量很小，因而反应进行得很慢，不仅测量时间很长，而且难以精确测量，同时反应后的残留物会影响到下一次测量的效果，进一步降低测量精度，不利于连续测量，因而应用有限。
应用激光技术不仅可以快速测量室内有害气体浓度，而且可以获得很高的灵敏度，本发明提供的一种将一束激光用半透半反镜分成等强度的两束，其中一束直接达到光电探测器作为比较光束，另一束经过室内有害气体，被有害气体充分吸收后达到光电探测器，两个光电探测器探测到的强度之比即反映了室内有害气体的浓度。这样，不仅测量精度高、而且显著提高了测量速度，同时还消除了传统方法中反应残留导致的测量精度下降的问题，而且结构简单，稳定性好，可广泛应用于工业中的激光快速测量室内有害气体浓度装置。
发明内容
本发明的目的在于克服已有室内有害气体浓度探测装置的缺点，从而提供一种将一束激光用半透半反镜分成等强度的两束，其中一束直接达到光电探测器作为比较光束，另一束经过室内有害气体后达到光电探测器，两个光电探测器探测到的强度之比即反映了室内有害气体的浓度。这样，不仅消除了因气敏元件上化学物质反应残留导致的测量误差，而且结构简单，稳定性好，可广泛应用于工业中的激光快速测量室内有害气体浓度装置。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的一种采用激光探测室内有害气体浓度的系统，包括激光器1、第一光电探测器6、第二光电探测器7和显示器9；其特征是还包括比较电路8、分光镜2和设置一气体通道4；其中在所述的激光器1的输出光路上设置一分光镜2，分光镜2输出激光分成两束，一束输出光对准所设置的气体通道4的端口，在通过气体通道4输出的光路上设置第一光电探测器6，分光镜2输出的另一束光路上设置第二光电探测器7，第一光电探测器6、第二光电探测器7分别与比较电路8电连接，比较电路8与显示器9电连接。
在上述的技术方案中，还包括一扩束透镜组3和一个凸透镜5；在所述的分光镜2和气体通道4之间的光路上安置所述的扩束透镜组3，并在气体通道4与第一光电探测器6的光路上安置所述的凸透镜5。
在上述的技术方案中，所述的扩束透镜组3由两个凸透镜平行排列组成，第一凸透镜的焦距是第二凸透镜焦距的1/3，两凸透镜相距为第一凸透镜镜焦距的4倍。
在上述的技术方案中，所述的扩束透镜组3由一个凹透镜，和设置在凹透镜输出光的光路上的凸透镜平行排列组成，凹透镜的焦距是凸透镜焦距的1/3，凹透镜与凹透镜之间的距离为凹透镜焦距的2倍。
在上述的技术方案中，所述的分光镜可以镀上与激光器发射波长相对应的部分反射膜，也可以不镀膜。
在上述的技术方案中，所述的第一光电探测器6或第二光电探测器7的响应波长与激光器1发射波长相匹配。
所述的激光器是输出波长为4.5微米的半导体激光器。
所述的分光镜的材料包括石英、K9玻璃。
与传统的室内有害气体浓度测量装置相比，本装置有如下优点
1、测量速度显著提高，本装置在打开设备后0.1秒内即可得到有害气体浓度，比传统装置(约需10分钟)提高了6000倍以上。
2、测量精度明显提高，本装置将一束激光分成等强度的两束进行对比活得有害气体的浓度，彻底消除了传统测量装置里气敏元件表面化学物质反应残留物导致的测量误差，因而精度明显提高。
3、可连续测量，由于本装置不像传统装置那样会产生反应残留物，因而不存在会影响到下一次测量精度的问题，可连续快速测量。
4、性能稳定、使用方便。
图1是本发明的采用激光探测室内有害气体浓度的系统组成示意2是本发明的装置另一实施例结构示意面说明1-激光器； 2-分光镜； 3-扩束透镜组；4-气体通道； 5-凸透镜； 6-第一光电探测器；7-第二光电探测器； 8-比较电路； 9-显示器；具体实施方式
实施例1本实施例选用发射波长为4.5微米的半导体激光器作为激光器1，出光功率约3～5mW；分光镜2选用K9材料Ф15×2mm的平平镜，不镀膜；用金属矩形筒作为气体通道4，该气体通道4通过室内有害气体，气体通道4的口径是400mm×100mm的矩形，其中通光长度为400mm；第一光电探测器6、第二光电探测器7选用硅光电池；比较电路8选用型号为LM393电压比较器；显示器9选用型号为S1-P111的LED触控显示器。
本实施例的采用激光探测室内有害气体浓度的系统的光路按照图1的光路制作，在激光器1的输出光路上设置一分光镜2，分光镜2输出激光分成两束，一束输出光的前方设置气体通道4，该束输出光对准所设置的气体通道4的端口，在通过气体通道4输出的光路上设置第一光电探测器6，分光镜2输出的另一束光路上设置第二光电探测器7，第一光电探测器6、第二光电探测器7分别与比较电路8电连接，比较电路8与显示器9电连接；系统的光路和电路后设置好后，光电探测器将接收到的光信号转换成电信号后发送到比较电路，比较电路进行处理后将结果输出到显示器，LED触控显示器即可显示该地的室内有害气体浓度。
实施例2本实施例的激光器1选用发射波长为4.5微米的半导体激光器，出光功率约3～5mW；分光镜2选用K9材料Ф15×2mm的平平镜，镀上对4.5微米波长的半透半反膜；扩束镜3采用常见的望远镜系统，将激光束扩束3倍；用金属矩形筒作为气体通道4，该气体通道4通过室内有害气体，气体通道4的口径是300mm×50mm的矩形，其中通光长度为300mm；第一光电探测器6、第二光电探测器7选用硅光电池；比较电路8选用型号为LM393双电压比较器；显示器9选用型号为S1-P111的LED触控显示器。扩束透镜组3由两个凸透镜组成，第一凸透镜的焦距是第二凸透镜焦距的1/3，两凸透镜相距为第一凸透镜镜焦距的4倍。
再按照图2的光路制作一台采用激光探测室内有害气体浓度的系统，进行测量室内有害气体浓度，其中在激光器1的输出光路上设置一分光镜2，分光镜2输出激光分成两束，一束输出光的前方安置一扩束透镜组3，扩束透镜组3输出光的前方设置气体通道4，该束输出光对准所设置的气体通道4的端口，在通过气体通道4输出的光路上设置第一光电探测器6，在气体通道4与第一光电探测器6之间的光路上安置一个凸透镜5；分光镜2输出的另一束光路上设置第二光电探测器7，第一光电探测器6、第二光电探测器7分别与比较电路8电连接，比较电路8与显示器9电连接；系统的光路和电路后设置好后，光电探测器将接收到的光信号转换成电信号后发送到比较电路，比较电路进行处理后将结果输出到显示器，LED触控显示器即可显示该地的室内有害气体浓度。
实施例3参照图2，按实施例2的结构制作一台采用激光探测室内有害气体浓度的系统，与实施例2的区别在于扩束透镜组3由一个凹透镜，和设置在凹透镜输出光的光路上的凸透镜组成，凹透镜的焦距是凸透镜焦距的1/3，凹透镜与凹透镜之间的距离为凹透镜焦距的2倍。
权利要求
1.一种采用激光探测室内有害气体浓度的系统，包括激光器(1)、第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)和显示器(9)；其特征是还包括比较电路(8)、分光镜(2)和设置一气体通道(4)；其中在所述的激光器(1)的输出光路上设置一分光镜(2)，分光镜(2)输出激光分成两束，一束输出光对准所设置的气体通道(4)的端口，在通过气体通道(4)输出的光路上设置第一光电探测器(6)，分光镜(2)输出的另一束光路上设置第二光电探测器(7)，第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)分别与比较电路(8)电连接，比较电路(8)与显示器(9)电连接。
2.按权利要求1所述的激光快速测量室内有害气体浓度装置，其特征是还包括一扩束透镜组(3)和凸透镜(5)；在所述的分光镜(2)与所述的气体通道(4)之间的光路上安置所述的扩束透镜组(3)，并在气体通道(4)与所述的第一光电探测器(6)之间的光路上安置所述的凸透镜(5)。
3.按权利要求2所述的激光快速测量室内有害气体浓度装置，其特征是所述的扩束透镜组(3)由两个凸透镜平行排列组成，第一凸透镜的焦距是第二凸透镜焦距的1/3，两凸透镜相距为第一凸透镜镜焦距的4倍。
4.按权利要求2所述的激光快速测量室内有害气体浓度装置，其特征是所述的扩束透镜组(3)由一个凹透镜，和平行设置在凹透镜输出光的光路上的凸透镜组成，凹透镜的焦距是凸透镜焦距的1/3，凹透镜与凹透镜之间的距离为凹透镜焦距的2倍。
5.按权利要求1所述的激光快速测量室内有害气体浓度装置，其特征是所述的激光器(1)为发射波长为4.5微米的半导体激光器。
6.按权利要求1所述激光快速测量室内有害气体浓度装置，其特征是所述的分光镜(2)还包括镀上与激光器(1)发射波长相对应的部分反射膜。
7.按权利要求1所述的激光快速测量室内有害气体浓度装置，其特征是所述的第一光电探测器(6)或第二光电探测器(7)的响应波长与激光器(1)发射波长相匹配。
全文摘要
本发明涉及一种采用激光探测室内有害气体浓度的系统，包括在激光器的输出光路上设置一分光镜，分光镜输出激光分成两束，一束输出光对准所设置的室内有害气体通道的端口，在通过室内有害气体通道输出的光路上设置第一光电探测器，分光镜输出的另一束光路上设置第二光电探测器，第一光电探测器、第二光电探测器分别与比较电路电连接，比较电路与显示器电连接。本装置通过采用扩束和分光监测的方式，克服了原有技术中采用化学反应方式测量有害气体浓度速度慢、而且反应后的残留物导致测量精度下降、成本高的缺陷。本发明结构简单、测量精度高，可广泛应用于家室内装修公司、装修家庭等单位。
文档编号G01N21/31GK101074923SQ20061001191
公开日2007年11月21日 申请日期2006年5月17日 优先权日2006年5月17日
发明者林学春 申请人:中国科学院半导体研究所