空間氣體的掃描裝置的制作方法

本實用新型涉及光電分析，特別涉及空間氣體的掃描裝置。

背景技術：

目前，通過反射面回波進行氣體濃度測量是氣體遙測的一種常見方式。由光源發出的光線經過準直照射到反射面上，在反射面經過反射回到遙測裝置的光電探測器中，通過測量反射回波被路徑上目標氣體的吸收可以推算出目標氣體的濃度值。這種遙測裝置具有諸多不足，如：

由于自身光路與結構的限制，傳統氣體遙測裝置的測量方向是固定的，不能夠獲得目標氣體濃度的角度分辨信息(如聚光科技、東京燃氣、美國漢斯產品)。然而，對于特定區域氣體濃度的測量，除了需要測量氣體濃度本身以外，還需要獲得所測量濃度對應的角度信息。

技術實現要素：

為解決上述現有技術方案中的不足，本實用新型提供了一種能獲得不同方向上氣體濃度信息的空間氣體的掃描裝置。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

一種空間氣體的掃描裝置，所述空間氣體的掃描裝置包括：

光源，所述光源發出的測量光的波長覆蓋所述空間內待測氣體的吸收譜線；

光偏轉器件，所述光偏轉器件用于偏轉所述測量光，偏轉后的測量光射入所述空間；

馬達，所述馬達用于驅動所述光偏轉器件轉動，偏轉后的測量光掃描空間內的不同方向；

探測器，所述探測器用于將穿過所述空間的測量光的反射光轉換為電信號，并傳送到分析模塊；

分析模塊，所述分析模塊根據吸收光譜技術處理接收到的所述電信號、光偏轉器件的轉動角度，從而獲得空間內不同方向上待測氣體的含量。

根據上述的空間氣體的掃描裝置，可選地，所述空間氣體的掃描裝置進一步包括：

角度測量模塊，所述角度測量模塊用于檢測所述光偏轉器件的轉動角度，并傳送到分析模塊。

根據上述的空間氣體的掃描裝置，優選地，所述反射光經所述光偏轉器件偏轉后被所述探測器接收。

根據上述的空間氣體的掃描裝置，優選地，所述測量光在所述光偏轉器件上的入射角為45度。

根據上述的空間氣體的掃描裝置，可選地，所述角度測量模塊包括：

指針，所述指針的一端固定在所述光偏轉器件或馬達的轉軸上；

角度指示牌，所述指針的另一端指向所述角度指示牌。

根據上述的空間氣體的掃描裝置，可選地，所述馬達根據接收到的轉動指令工作，所述轉動指令包括轉動角度。

根據上述的空間氣體的掃描裝置，可選地，所述空間氣體的掃描裝置包括：

殼體，所述光源、光偏轉器件、探測器設置在所述殼體內；

透明窗口，所述透明窗口設置在所述殼體上，適于偏轉后的測量光和反射光的穿過。

與現有技術相比，本實用新型具有的有益效果為：

1.利用轉動的光偏轉器件，使得偏轉后的測量光從不同角度(方向)射入空間內，也即測量光掃描所述空間，從而獲知不同角度(方向)上氣體的含量，也即建立了空間位置與氣體含量間的映射關系，使得操作者了解氣體濃度異常的區域，如氣體泄漏的區域；

2.在發光體出光過程中，利用壓電材料(周期性地微米量級地)調整光準直器件和發光體之間的距離，從而消除了發光體和光準直器件間干涉帶來的光學噪聲；

光準直器件表面鍍增透膜，進一步降低了光學噪聲；

發光體的出射光的光軸與光準直器件的軸線的夾角可為零，提高了出射光的準直效果；

3.結構簡單、低成本

在原有的氣體遙測裝置的基礎上加裝馬達、光偏轉器件即可。

附圖說明

參照附圖，本實用新型的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是：這些附圖僅僅用于舉例說明本實用新型的技術方案，而并非意在對本實用新型的保護范圍構成限制。圖中：

圖1是根據本實用新型實施例1的空間氣體的掃描裝置的結構簡圖；

圖2是根據本實用新型實施例1、5的光源的結構簡圖；

圖3是根據本實用新型實施例2的光源的結構簡圖；

圖4是根據本實用新型實施例3的光源的結構簡圖。

具體實施方式

圖1-4和以下說明描述了本實用新型的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本實用新型。為了教導本實用新型技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本實用新型的范圍內。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本實用新型的多個變型。由此，本實用新型并不局限于下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。

實施例1：

圖1示意性地給出了本實施例的空間氣體的掃描裝置的結構簡圖，如圖1 所示，所述空間氣體的掃描裝置包括：

光源91，圖2示意性地給出了本實施例的光源的結構簡圖，如圖2所示，所述光源包括：

發光體2，如用于發射單色光的激光器，所述發光體固定在支架上；所述發光體發出的測量光的波長覆蓋所述空間內待測氣體的吸收譜線；

支架1，如圓形套筒，所述支架用于承載所述發光體，支架形成有適于所述發光體出射光通過的光學通道；

固定件6，如一端具有徑向部分的圓形套筒，所述固定件設置在所述支架上，適于所述出射光穿過；固定件和支架之間通過螺紋配合，實現可拆卸；

光準直器件4，如凸透鏡，所述光準直器件固定在所述出射光的光路上，適于準直所述出射光；

彈性件5，如橡膠件，所述彈性件設置在所述光準直器件的沿其軸線方向上的側部；

壓電器件3，如壓電陶瓷，所述壓電器件和彈性件分別設置在所述光準直器件的沿其軸線方向的兩側，所述光準直器件、彈性件和壓電器件被約束在所述支架和固定件之間，使得當壓電器件發生位移時，所述光準直器件隨之來回移動，從而不斷地調整發光體和光準直器件之間的距離，消除了光源和透鏡之間的由于干涉產生的光學噪聲；

光偏轉器件92，如平面鏡、凹面鏡或全內反射棱鏡，所述光偏轉器件用于偏轉所述測量光，偏轉后的測量光射入所述空間；

第一馬達93，所述第一馬達用于驅動所述光偏轉器件轉動，偏轉后的測量光掃描空間內的不同方向；

探測器94，所述探測器用于將穿過所述空間的測量光的反射光轉換為電信號，并傳送到分析模塊；

分析模塊，所述分析模塊根據吸收光譜技術處理接收到的所述電信號、光偏轉器件的轉動角度，從而獲得空間內與轉動角度相匹配的不同方向上待測氣體的含量。分析模塊是現有技術，在此不再贅述。

實施例2：

本實用新型實施例的空間氣體的掃描裝置，與實施例1不同的是：

1.如圖4所示，光源包括：

發光體2，用于發射單色光；所述發光體固定在第一支架上；

第一支架21，如圓形套筒、安裝板等，所述支架用于承載所述發光體，支架形成有適于所述發光體出射光通過的光學通道；

光準直器件81，如平-凸透鏡，所述光準直器件固定在所述發光體的出射光的光路上，準直所述出射光；所述光準直器件的軸線與所述出射光的光軸間的夾角為銳角，如2度、10度、25度等，但不超過30度；

轉動件31，所述光準直器件固定在所述轉動件上；

第二支架71，所述轉動件可轉動地設置在所述第二支架上；

第二馬達51，所述第二馬達用于驅動所述轉動件及光準直器件轉動。

2.分析單元，所述分析單元包括：平均器、計算模塊，所述平均器用于平均探測器傳送來的電信號攜帶的光譜數據，計算模塊利用光譜分析技術處理平均后的光譜數據，從而獲知待測氣體的參數，如氣體含量、流速等。

實施例3：

本實用新型實施例的空間氣體的掃描裝置，與實施例2不同的是：

如圖4所示，光源包括：

發光體2選用可調諧半導體激光器；

第一支架21采用具有徑向部分、軸向部分的圓形套筒，所述發光體固定在所述徑向部分的中心；軸向部分的部分22作為第二支架；

轉動件31采用軸承，軸承外圈固定在所述第二支架上，也即所述軸向部分的內側；

固定件41，固定件采用套筒，固定在轉動件上，即軸承的內圈上；

光準直器件81采用平-凸透鏡，透鏡固定在所述固定件內，透鏡的軸線與激光器發出的測量光的光軸間夾角為銳角，如5度，透鏡鍍具有便于所述測量光穿過的增透膜，凸面背對所述激光器；

第二馬達51，如通過電、氣、磁、液壓等方式驅動的馬達，用于驅動所述固定件轉動，使得光準直器件旋轉，但不發生沿測量光光路方向上的位移。

實施例4：

本實用新型實施例的空間氣體的掃描裝置，與實施例3不同的是：

1.不再使用固定件，光準直器件直接固定在軸承的內圈上，馬達直接驅動內圈轉動，依靠馬達的主動輪利用摩擦力驅動內圈；

2.第二支架單獨設置，所述軸承的外圈固定在所述第二支架上；激光器發出的測量光穿過光準直器件，且光軸與光準直器件的軸線間的夾角為銳角，如10度、15度、20度、30度等。

實施例5：

根據本實用新型實施例1的空間氣體的掃描裝置在氣體遙測中的應用例。

在該應用例中，如圖2所示，發光體2選用可調諧半導體激光器，測量光波長覆蓋甲烷的吸收譜線；所述支架1采用圓形套筒，臨著固定件的一端12的外徑較小(與支架的臨著發光體的一端的外徑相比)，但內徑較大(與支架的臨著發光體的一端的內徑相比)，從而在內部形成環形臺階，且具有外螺紋，臨著發光體的一端11的外徑較大，但內徑較小；所述發光體1固定在支架的外徑較大一端的端部；固定件6采用一端具有徑向部分62的圓形套筒，該套筒內具有內螺紋，與所述外螺紋匹配；壓電器件3采用壓電陶瓷，對稱地分布在所述環形臺階上，壓電器件的線纜穿過支架，壓電陶瓷的振幅微米量級，諧振頻率可達幾百千赫茲；沿著激光器出射光方向上的壓電器件的背對臺階的一側設有光準直器件4，采用平-凸透鏡，透鏡的軸線與出射光的光軸間夾角為零，透鏡鍍有便于所述激光器出射光穿過的增透膜，凸面背對所述激光器；彈性件5采用橡膠材質，如O型圈，所述壓電器件、光準直器件和彈性件依次排列地處于所述支架的內徑較小部分的內側，處于激光器出射光的光路上；固定件的軸向部分61套在所述支架的外徑較小部分的外側，徑向部分62阻擋彈性件，使得在沿著激光器出射光的方向上，壓電器件、光準直器件和彈性件被擠壓在支架和固定件之間。

光偏轉器件采用平面反射鏡，測量光在所述反射鏡上的入射角為45度，也即，測量光被偏轉90度；馬達采用伺服電機，根據接收到的轉動指令工作，所述轉動指令包括轉動角度；測量光在空間內的反射光經過所述反射鏡的反射后被探測器接收；所述激光器、反射鏡、探測器設置在所述殼體內，其中，光源和探測器設置在反射鏡的下側；透明窗口設置在所述殼體上，適于偏轉后的測量光和反射光的穿過；分析模塊根據接收到的轉動指令而獲知反射鏡的轉動角度。

實施例6：

根據本實用新型實施例1的空間氣體的掃描裝置在大氣遙測中的應用例。

在該應用例中，光源與實施例5不同的是：1.支架具有臨著激光器的內徑較小部分、臨著固定件的內徑較大部分，內徑較大部分的內側具有內螺紋；與所述支架相匹配的，固定件具有外螺紋；2.沿著激光器的出射光方向上，彈性件、光準直器件和壓電器件依次布置在固定件內側，并被臺階和固定件擠壓，從而當壓電器件具有位移時，光準直器件發生來回移動。

光偏轉器件采用平面反射鏡，測量光在所述反射鏡上的入射角為45度，也即，測量光被偏轉90度；馬達采用電機；角度測量模塊包括：指針，所述指針的一端固定在所述馬達的轉軸上；角度指示牌，所述指針的另一端指向所述角度指示牌；測量光在空間內的反射光經過所述反射鏡的反射后被探測器接收；所述激光器、反射鏡、探測器設置在所述殼體內，其中，光源和探測器設置在反射鏡的下側；透明窗口設置在所述殼體上，適于偏轉后的測量光和反射光的穿過；分析模塊根據所述角度測量模塊而獲知反射鏡的轉動角度。

上述實施例僅是示例性地給出了光源采用激光器、光偏轉器件采用平面反射鏡，當然還可以是其他情況，如光源采用氘燈、氙燈等，光偏轉器件采用凹面反射鏡、全內反射棱鏡，角度測量模塊采用角度傳感器等。