一种基于激光光学的痕量气体传感装置的制作方法

本发明涉及痕量气体传感，特别涉及一种基于激光光学的痕量气体传感装置。

背景技术：

1、光痕量气体传感是通过光吸收光谱技术来实现。利用特定波长的光束射入待测气体中，产生特征光谱，通过检测该特征光谱，从而测量出待测气体的浓度信息，这种技术能够实现对极低浓度的气体进行高灵敏度和高精确度的检测，在实际使用时，激光器通常借助半导体制冷片对芯片温度进行控制，但连续高电流驱动下激光器芯片产热较高，该部分热量被半导体制冷片传导至其放热一侧，然后通过外部的主动冷却方式耗散热量，一般采用强制风冷或水冷的方式实现，然而外部强制冷却的附属装置相对笨重，不利于传感装置的集成和轻量化设计。

2、申请号为cn202211210820.4的痕量气体检测方法、装置及系统中对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，并根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值，能够实现对痕量气体浓度的检测，有效提高了痕量气体浓度的检测精确度；申请号为cn201010611888.4的一种基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法中，经过光谱分析模块的处理分析，得到被监测空间的光谱信息，识别出被监测环境中存在的被检测气体及其含量。

3、然而在实际的使用过程中发现：现有基于激光的痕量气体传感结构复杂，不方便携带，且由于激光光路导致传感器整体体积较大，不能将其直接插接在标准的气体检测仪内部，另外，激光器温度升高后会将热量直接导入到气体监测空腔内，这样随着空腔内部的温度的升高，气体的流动速度加快，并且气体也会向上聚集，加剧了气体的分布不均匀程度，这样会严重影响原本的激光光束路径上的气体成分，导致气体所携带的光谱信息存在较大差异，并且目前市面上的激光器位置固定，这会使得激光光束路径无法调整，光束路径的确定就意味着光程是固定的，导致检测出来的气体组分和浓度具有局限性，因此在对气体中的成分和浓度进行检测时会因为激光器的高温而严重影响气体成分检测的准确度。

4、因此，通过一种基于激光光学的痕量气体传感装置来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于激光光学的痕量气体传感装置，通过采用五角星式的激光反射路径，大大增加光束的光程，且可以减小传感器整体的体积，使其可以直接插在标准的气体检测仪内部，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于激光光学的痕量气体传感装置，包括外壳体、光电探测器和激光器，所述外壳体内固定有气室安装座，所述气室安装座内装配有光路反射组件，所述气室安装座顶部同心设置有和光路反射组件适配的基座，所述激光器和光电探测器对向安装在基座内部，所述激光器和光电探测器的顶部装配有主控组件，所述主控组件底部固定装配有收纳在基座内部的制冷驱动板，所述制冷驱动板对激光器工作时的热量进行传导；

3、所述光路反射组件包括和激光器正对应的第一斜面反射镜，所述第一斜面反射镜装配在气室安装座内侧，且所述气室安装座的内侧壁沿着圆周方向顺时针依次安装有呈五角星分布的第一竖直反射镜、第二斜面反射镜、第二竖直反射镜和第三竖直反射镜，所述第二斜面反射镜和光电探测器正对应，所述第一斜面反射镜和第二斜面反射镜均倾斜45度；

4、所述气室安装座内装配有光束调整组件，所述光束调整组件和第一斜面发射镜适配，所述基座底部开设有固定槽，所述固定槽内固定安装有微型电机，所述微型电机的输出端固定在第二竖直反射镜的顶部；

5、所述微型电机带动第二竖直反射镜在水平面上转动，使得使得从第一斜面反射镜反射出的光束角度发生改变，实现对光束路径的改变。

6、优选地，所述外壳体的底部嵌套有防尘盖板，且所述防尘盖板和外壳体内侧壁之间保留有进气通道，所述气室安装座、光路反射组件、基座、光电探测器、激光器和主控组件集成安装在外壳体内。

7、优选地，所述气室安装座内侧壁上开设有和光路反射组件适配的安装槽、倾斜支板和开口槽，且所述安装槽和第一竖直反射镜、第三竖直反射镜匹配，所述倾斜支板和第一斜面反射镜、第二斜面反射镜匹配，且所述倾斜支板呈45度倾斜设置，所述开口槽和第二竖直反射镜匹配；

8、所述气室安装座上还开设有和基座匹配的第一定位孔。

9、优选地，所述激光器发出射入光束并照射在第一斜面反射镜，在第一斜面反射镜上的激光反射点设为第一顶点，所述第一竖直反射镜上的激光反射点设为第二顶点，所述第二斜面反射镜上的激光反射点设为第三顶点，所述第二竖直反射镜上的激光反射点设为第四顶点，所述第三竖直反射镜上的激光反射点设为第五顶点；

10、所述第一顶点、第二顶点、第三顶点、第四顶点和第五顶点均在一个平面上且组成五角星光束路径，所述射入光束经五角星光束路径后形成射出光束并照射到光电探测器上。

11、优选地，所述基座的底部开设有和第一定位孔对应的第二定位孔，且所述第一定位孔和第二定位孔之间通过连接销固定连接；

12、所述基座内一体成型设置有第一固定座，所述第一固定座上开设有和光电探测器适配的第一容纳槽，所述基座内一体成型设置有第二固定座，所述第二固定座上开设有和激光器适配的第二容纳槽。

13、优选地，所述基座和气室安装座之间安装有防尘隔膜，所述基座的底部开设有和第一容纳槽、第二容纳槽对应的光束通道，所述基座内腔设置为和制冷驱动板适配的收纳腔。

14、优选地，所述光电探测器上设置有第一引脚，所述激光器上设置有第二引脚，所述射入光束、射出光束均收纳在光束通道内且和光束通道平行；

15、所述主控组件包括信号处理板，所述信号处理板通过导电片和第一引脚、第二引脚连接，所述制冷驱动板固定在信号处理板中间，所述信号处理板的顶部设置有散热板，所述散热板作为制冷驱动板的热端向外散热。

16、优选地，所述光束调整组件包括开设在所述倾斜支板表面上的矩形槽，所述矩形槽内滑动装配有滑板，所述滑板的底部和矩形槽底部之间装配有热膨胀袋，所述滑板的顶部中间固定有导杆，所述矩形槽内靠近开口的位置固定有固定板，所述固定板和滑板之间装配有套设在导杆外侧的复位弹簧。

17、优选地，所述滑板为矩形板，所述矩形槽开口处封合装配有封尘盖，所述封尘盖底部设置有和导杆匹配的限位环。

18、优选地，所述基座底部中间嵌套设置有和制冷驱动板冷端对应的导热板，所述导热板上均匀开设有通气孔，且通气孔通过导气管和热膨胀袋连通，所述导气管上固定装配有电磁阀。

19、本发明的技术效果和优点：

20、1、本发明气室安装座和光路反射组件是匹配的，能够准确地将光路反射组件内嵌在气室安装座内部，保证光路反射组件的安装稳固性，同时保证光路反射组件的精确度，且气室安装座、光路反射组件、激光器、光电探测器和基座的组合可以在外壳体内部形成一气室，来容纳待检测的气体，激光光束的路径组合成五角星光束路径，这样可以增加光程，增加激光光束和气体的接触量，使得激光光束携带的气体光谱信息更加全面，光电探测器接收光谱信息后发送给主控组件进行数据处理，这样可以得到气室中待检测气体的成分和浓度。

21、2、本发明中的微型电机带动第二竖直反射镜在水平面上转动，这样能够使得从第一斜面反射镜反射出的光束角度发生改变，能够增加五角星光束路径的覆盖面，从而在五角星光束路径覆盖面扩大的过程中能够增加光束的光程，促使光束和气室内的气体接触更加全面，从而使得在气室内气体的光谱信息都能够被检测出来，防止因光程覆盖面不足而导致检测结果出现偏差。

22、3、本发明中的导杆能够推动封尘盖上移，同步带动第一斜面反射镜上移，这样随着第一斜面反射镜的上移，第一顶点高度位置发生改变，因此能够改变五角星光束路径在气室内的高度，这样基于温度的升高而主动式地改变五角星光束路径在竖直方向上的覆盖面，以此来适配气体分布断层的检测需求，这样五角星光束路径能够覆盖到气室内上部，能够使得光束充分地和气体进行接触，便于提高气体成分和准确度的检测准确度。