專利名稱：一種基于氣體吸收穩頻激光器的氣體監測報警裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對氣體濃度的監測和報警，具體涉及一種采用氣體分子 光吸收譜的原理，用穩頻激光器監測氣體濃度并超限報警的裝置。
背景技術：
氣體分子光吸收譜就像人類的指紋，利用氣體分子的吸收光譜是氣體種 類識別和氣體分子濃度測定的有效手段。隨著工業化進程的加快，重大危險 源、重大事故隱患種類和數量將不斷增多，必將對安全生產科技工作提出更 高要求，形成巨大的需求。在電力、冶金、石化等行業中，生產過程會涉及
使用或產生各種氣體，如C0、 C02、 CHa等。 一方面，工業過程中這些氣體的濃 度控制不好，會導致生產效率低下，能耗升高；另一方面一旦從傳輸管道中 泄漏，輕則危及生產設施和設備的安全，重則危及現場工作人員的生命安全。 因此，尋求一種快速有效的現場實時氣體檢測方法，對于提高生產效率、降 低能耗和保障生命及生產的安全而言是至關重要的，電力、冶金、石油、化 工、環境保護和衛生防疫等領域就需要解決多種氣體濃度的檢測和預警問題。 其中，利用氣體特征吸收線的激光檢測法有靈敏度高、選擇性強、免維護以 及使用壽命長等一系列優點，是最近十多年來發展迅速的一項新興的氣體檢 測技術。其良好的技術發展前景日益受到國內外相關領域的研究者和使用者 的廣泛重視。氣體檢測裝置常常需要安裝在廠礦企業現場，即需要處在高溫、 振動、粉塵等環境中，光學器件在這樣的環境下，長期工作性能會不穩定， 其光頻會產生漂移，因此，必須采用穩頻激光器鎖定光譜。參考氣室是穩頻 激光器的重要組成部分，現有技術由于沒有采用穩頻激光器，在激光器使用 一段時間后，需要人工校準激光器的工作性能。
發明內容
本實用新型的目的是為了克服現有技術存在的不足，利用成熟半導體光電 器件的同軸封裝技術，設計穩頻激光器，提供一種低成本、高精度、免維護 的氣體監測報警裝置。
本實用新型的技術解決方案是 一種基于氣體吸收穩頻激光器的氣體監 測報警裝置，包括中央控制單元、穩頻激光組件、溫控單元、電流控制單元、 顯示/報警/通訊/人機界面單元、探測及放大單元和信號處理單元。溫控單元 控制穩頻激光組件的溫度，還可設置散熱組件控制穩頻激光組件的溫度。
穩頻激光組件是利用現有通信用單纖雙向器件同軸封裝結構中組件內的 空間并未充分利用的特點，將參考氣室安裝到組件內。穩頻^t光組件為T型 管殼結構，在T型管殼內，三個口分別裝上激光器、參考探測器和光輸出器。 T型管殼中間加了一個45°角放置的半反半透膜片，該膜片將一部分激光反 射進探測器作為參考光。激光器的前向輸出一般通過光纖耦合出去，也可根 據需要采用準直透鏡將光束準直后直接輸出。該組件內充滿了特定濃度的與 被監測氣體相同的參考氣體。
散熱組件包括制冷器TEC、熱敏電阻及散熱塊，通過溫控單元的電路控制 來對組件進行溫度測量和控制。
電流控制單元利用參考探測器的輸出信號對半導體激光器進行電流控 制，使激光波長穩定在氣體吸收峰上。
探測及放大單元檢測通過被測氣體后的激光信號，并經由信號處理單元 處理后，由中央控制單元計算出氣體濃度，再將結果輸出到顯示/報警/通訊/ 人機界面單元，實現濃度顯示、報警、通訊等功能。
本實用新型的有益效果是充分利用了器件內部的多余空間，將參考氣 室集成到激光器組件內，使得器件整體結構緊湊；而且封裝工藝簡單，器件 封裝材料容易獲得，成本較低。本實用新型的優勢還在于，由于管殼溫度是 受控的，在氣室里面的參考氣體溫度也可以得到控制，這樣參考氣室里的參 考氣體不會受到外部環境溫度的影響，更有利于波長的精確鎖定。
圖1本實用新型裝置的結構框圖。
圖2本實用新型裝置的帶光纖輸出的穩頻激光組件結構示意圖
圖3本實用新型裝置的帶準直光輸出的穩頻激光組件結構示意圖
圖中l.激光器，2.參考探測器，3.膜片，4.光輸出器，5.膜片座，6.T
型管殼。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明
一種基于氣體吸收穩頻激光器的氣體監測報警裝置結構框圖如圖1所示。 由中央控制單元、穩頻激光組件、溫控單元、電流控制單元、顯示/報警/通 訊/人機界面、探測及放大單元、信號處理單元組成。溫控單元控制穩頻激光 組件的溫度。
本實用新型的穩頻激光組件如圖2、圖3所示，穩頻激光組件為T型管殼 6結構，在T型管殼6的三個口采用同軸封裝有激光器1、參考探測器2和光 輸出器4，在光輸出器4前設置45°角放置的膜片3，膜片3粘在膜片座5上， 膜片3將激光分成兩路，反射率和透射率通過膜片鍍膜來控制。在T型管殼6 的空間內密封有參考氣體，形成參考氣室。光輸出器4其輸出信號既可以是 光纖耦合輸出，又可以是通過準直透鏡直接輸出準直光。
穩頻激光組件輸出的激光經過膜片3后一部分被反射進參考探測器2，另 外一部分激光進入光輸出器4后經過被測氣體，由探測及放大單元檢出被測 信號。參考探測器2輸出的參考信號一部分反饋給電流控制單元，通過電流 控制單元控制驅動電流使激光器1波長穩定在氣體吸收峰上。另外一部分參 考信號傳給中央控制單元，與被測信號進行比較后算出氣體濃度。根據不同
氣體吸收強度不同，要求的參考氣室長度也不同，可以通過改變參考探測器2 與膜片3的距離來改變參考氣室的長度。中央控制單元通過顯示/報警/通訊/ 人機界面單元實現顯示、通訊、界面控制等功能；當氣體濃度達到設定值時， 產生報警。
權利要求1.一種基于氣體吸收穩頻激光器的氣體監測報警裝置，由中央控制單元、穩頻激光組件、溫控單元、電流控制單元、顯示/報警/通訊/人機界面、探測及放大單元、信號處理單元組成，其特征是穩頻激光組件為T型管殼(6)結構，在T型管殼(6)的三個口采用同軸封裝有激光器(1)、參考探測器(2)和光輸出器(4)，在光輸出器(4)前設置45°角放置的膜片(3)，膜片(3)粘在膜片座(5)上，在T型管殼(6)的空間內密封有參考氣體，形成參考氣室。
2、 如權利要求1所述的氣體監測報警裝置，其特征是膜片(3)為半反 半透膜。
3、 如權利要求1所述的氣體監測報警裝置，其特征是光輸出器(4)是 耦合光纖。
4、 如權利要求1所述的氣體監測報警裝置，其特征是光輸出器(4)是 準直透鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種基于氣體吸收穩頻激光器的氣體監測報警裝置，由中央控制單元、穩頻激光組件、溫控單元、電流控制單元、顯示/報警/通訊/人機界面、探測及放大單元、信號處理單元組成，穩頻激光組件為T型管殼6結構，在T型管殼6的三個口采用同軸封裝有激光器1、參考探測器2和光輸出器4，在光輸出器4前設置膜片3，膜片3粘在膜片座5上，在T型管殼6的空間內密封有參考氣體，形成參考氣室。本裝置充分利用了器件內部的多余空間，將參考氣室集成到激光器組件內，使得器件整體結構緊湊，成本低，參考氣體不受外部環境溫度的影響，有利于波長的精確鎖定。
文檔編號G01N21/31GK201199229SQ20082006712
公開日2009年2月25日 申請日期2008年5月13日 優先權日2008年5月13日
發明者輝 原, 張哲民, 汝 賴, 薇 賴, 進 錢 申請人:張哲民;賴 汝;錢 進;原 輝;賴 薇