(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123089214.5 (22)申请日 2021.12.09 (73)专利权人 河南鑫宇 光科技股份有限公司 地址 454350 河南省焦作市修武县产业 集 聚区标准化厂房区3号楼 (72)发明人 蔡波　李向阳　高永涛　刘帅强　 (74)专利代理 机构 焦作市科彤知识产权代理事 务所(普通 合伙) 41133 专利代理师 杨晓彤 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 一种调频激光吸收光谱气体 探测装置 (57)摘要 本实用新型涉及气体探测技术领域的一种 调频激光吸收光谱气体探测装置， 包括导热壳 体， 导热壳体内固定有互相配合连接的调频激光 器、 反射镜、 光电探测器、 发射光学透镜、 接收光 学透镜、 信号处理电路及激光驱动电路； 本实用 新型利用发射光学透镜与反射镜、 接收光学透镜 相互配合， 将调频激光器发射的波长特殊、 光路 较长的光变为直线距离较短的折返光路， 同时进 一步的将调频激光器、 反射镜、 光电探测器、 发射 光学透镜、 接收光学透镜、 信号处理电路及激光 驱动电路等器件一体化集成设计， 整体尺寸紧 凑、 成本低廉、 适合大规模生产， 散热效果好， 检 测可靠性及 精度高， 降低了批量生产的难度和成 本， 对工作环境要求低， 有利于广泛应用。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 216484611 U 2022.05.10 CN 216484611 U 1.一种调频激光吸收光谱气体探测装置， 包括导热壳体， 其特征在于： 所述导热壳体 内 固定有调频激光器、 激光驱动电路、 光电探测器、 信号处理电路、 发射光学透镜、 接收光学透 镜及反射镜； 所述调频激光器与激光驱动电路连接， 所述光电探测器与信号处理电路连接； 所述发 射光学透镜设置在调频激光器的发射端， 所述接收光学透镜设置在光电探测器的光敏面 处， 所述发射光学透镜与接 收光学透镜之间设置至少一面反射镜， 所述调 频激光器发射的 激光经过发射光学透镜准直后到达反射镜， 在被测气体环境下被反射镜反射形成折返光路 最后到达接收光学透 镜， 被接收光学透 镜汇聚在光电探测器的光敏面上。 2.根据权利要求1所述的一种调频激光吸收光谱气体探测装置， 其特征在于： 所述导热 壳体内设有相互分隔的电子元件仓及光路仓； 所述信号处理电路及激光驱动电路均设置在 电子元件仓内， 所述调频激光器、 反射镜、 光电探测器、 发射光学透镜及接 收光学透镜均设 置在光路仓内， 所述 光路仓上设有 进气端， 所述进气端设有气体过 滤器。 3.根据权利要求2所述的一种调频激光吸收光谱气体探测装置， 其特征在于： 所述调频 激光器与制冷器、 温度探测器及发射光学透镜封装为一体后固定在散热底座上， 所述制冷 器与温度探测器连接； 封装后的调 频激光器上设有法拉第隔离器； 所述光电探测器与接 收 光学透镜封装为一体。 4.根据权利要求1所述的一种调频激光吸收光谱气体探测装置， 其特征在于： 所述导热 壳体包括底座及上盖， 所述上盖固定在底座上并与底座之 间形成容纳腔， 所述调频激光器、 反射镜、 光电探测 器、 发射光学透镜、 接收光学透镜均固定在容纳腔内， 所述上盖的两侧对 应设置有反射镜， 所述上盖上设有开放的气室， 所述气室对应反射镜的上盖的两侧上设有 透光孔， 所述发射光学透镜位于气室一侧后端的透光孔处， 接 收光学透镜位于气室另一侧 前端的透光孔处， 其余透光孔与反射镜之间形成的光路相配合； 所述底座上固定有金属印 刷电路板， 信号处理电路及激光驱动电路均集成在金属印刷电路板上， 所述调 频激光器的 激光器基板上安装有互相连接的温度探测器及温度控制器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216484611 U 2一种调频 激光吸收光谱气体探测装 置 技术领域 [0001]本实用新型涉及气体探测技术领域， 具体地， 涉及一种调频激光吸收光谱气体探 测装置。 背景技术 [0002]TDLAS通过测量调频激光扫描经过被测气体时吸收谱线时发生的变化来测量被测 气体浓度， 具有气体选择性和抗干扰能力极强、 灵敏度极高， 且寿命长、 无需校准等突出优 点， 由于该方法所需的调频激光器波长特殊、 光路较长等原因， 一般TDLAS测量装置成本较 高， 相对体积较大， 主要应用于实验室和大气分析等科学研究和 一些关键工艺过程中痕量 小分子气体的精确分析， 而无法代替传统探测器得到更为广泛的应用。 实用新型内容 [0003]针对现有技术存在的上述缺陷本实用新型提供了结构紧凑、 成本低廉、 易于批量 生产的一种调 频激光吸收光谱气体探测装置， 包括导热壳体， 所述导热壳体内固定有调 频 激光器、 激光驱动电路、 光电探测器、 信号处理电路、 发射光学透镜、 接收光学透镜及反射 镜； [0004]所述调频激光器与激光驱动电路连接， 所述光电探测器与信号处理电路连接； 所 述发射光学透镜设置在调频激光器的发射端， 所述接收光学透镜设置在光电探测器的光敏 面处， 所述发射光学透镜与接 收光学透镜之间设置至少一面反射镜， 所述调 频激光器发射 的激光经过发射光学透镜准直后到达反射镜， 在被测气 体环境下被反射镜反射形成折返光 路最后到达接 收光学透镜， 被接收光学透镜汇 聚在光电探测器的光敏面上； 激光驱动电路 控制调频激光器发射激光， 发射光学透镜用于对调 频激光器发射的光进行准直， 反射镜用 于在被测气体环境下对发射光学透镜准直后的光进行反射形成多段折返光路后到达接 收 光学透镜， 接 收光学透镜用于将接 收的光汇 聚到光电探测器的光敏面处， 光电探测器用于 将汇聚到光电探测器的光敏面上的光信号转化为光电流， 信号处理电路对光电探测器的光 电流进行采样、 放大和处 理。 [0005]调频激光器在激光驱动电路的驱动下发射发散激光信号， 该激光信号通过发射光 学透镜准直， 形成准直或近准直光束； 光束 经过反射镜的反射， 将光电探测器所需要的较长 光束， 折返成数段探测光路， 使之占用较小的空间， 配合散热外壳形成紧凑小巧的装置整 体， 且通过 空间复用减小探测光路的体积， 进而缩短被测气体充满该探测光路空间的时间； 经过反射往复折返的探测光束通过接 收光学透镜， 汇 聚在光电探测器的光敏面上， 并由该 光电探测器转换成光电流， 光电流被信号处理电路放大和处理； 当调 频激光器频率跨越被 测气体吸收频谱 峰时， 通过探测光电流的变化， 信号处理电路探测光电流的变化进行采样 处理， 得到被测气体浓度。 [0006]优选的， 所述导热壳体内设有相互分隔的电子元件仓及光路仓， 并实施高等级防 水防尘保护， 可确保在恶劣环境下 的正常工作； 所述信号处理电路及激光驱动电路均设置说　明　书 1/5 页 3 CN 216484611 U 3