基于擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)的tdlas氣體測溫檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)的TDLAS氣體測溫檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品檢測技術(shù)不斷提高，由原來的機(jī)械性質(zhì)的檢測手段逐步推進(jìn)到光電技術(shù)的檢測手段，其中氣體檢測為當(dāng)下最為前言具有社會(huì)市場的檢測手段，對氣體燃燒中的溫度及含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測量，主要應(yīng)用于小型工程化燃燒設(shè)備的溫度檢測。原有的機(jī)械測量溫度設(shè)備指標(biāo)較低，精確度低，測量范圍小，基本不能滿足工業(yè)化的高溫作業(yè)要求。對于光電檢測技術(shù)，激光檢測精度高，誤差小，裝置設(shè)計(jì)調(diào)試簡易，操作簡便，維護(hù)周期較長，基本滿足工業(yè)生產(chǎn)檢測需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種基于擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)的TDLAS氣體測溫檢測裝置。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種基于擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)的TDLAS氣體測溫檢測裝置，所述測溫檢測裝置以燃燒氣體場為中心劃分為兩部分；位于燃燒氣體場一側(cè)的為光源發(fā)射端，位于燃燒氣體場另一側(cè)的為光源接收端；且，燃燒氣體場空間由耐高溫玻璃14形成，且其上設(shè)有燃燒檢測口 8 ;
[0007]所述光源發(fā)射端包括:電源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號調(diào)試器3、激光信號發(fā)生器4、單模光纖13、激光合束器5、光纖準(zhǔn)直器6、激光擴(kuò)束鏡筒7 ;其中，所述第一激光器2a自帶有第一激光驅(qū)動(dòng)器，所述第二激光器2b自帶有第二激光驅(qū)動(dòng)器；所述光源接收端包括:平凸透鏡9、積分球11、第一光電探測器、第二光電探測器、第一光電轉(zhuǎn)換器10a、第二光電轉(zhuǎn)換器10b、光電變換器信號轉(zhuǎn)換線12 ;
[0008]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號發(fā)生器4、激光信號調(diào)試器3的電源線接口相互連接并統(tǒng)一連接至電源的供電接口電源線1 ;所述激光信號發(fā)生器4分別連接第一激光驅(qū)動(dòng)器、第二激光驅(qū)動(dòng)器以及激光信號調(diào)試器3 ;所述單模光纖13分別連接第一激光器2a輸出端口、第二激光器2b輸出端口以及激光合束器5輸入端口 ；所述激光合束器5輸入端口分別連接第一激光器2a及第二激光器2b各自傳輸?shù)膯文９饫w13 ;所述光纖準(zhǔn)直器6連接在激光合束器5后端輸出端；激光擴(kuò)束鏡筒7連接在光纖準(zhǔn)直器6后端輸出端；
[0009]所述平凸透鏡9位于燃燒氣體場中相對于光源發(fā)射端的另一側(cè)，位于光源接收端的前端，且處于所述激光擴(kuò)束鏡筒7的出射路徑上，平凸透鏡9中心位置與激光擴(kuò)束鏡筒7中心位置共軸；所述積分球11位于平凸透鏡9后端，且平凸透鏡9焦距位置在積分球11入光孔徑中；積分球11內(nèi)部有一進(jìn)光口及兩路出光口，根據(jù)所述第一激光器2a及第二激光器2b的激光波長不同進(jìn)行濾光片分光，使得由一束光經(jīng)積分球11濾光片進(jìn)行分光，分出各自頻率光有出光口各自打出；在積分球11兩個(gè)出光口處各自設(shè)置有光電探測器，分為第一光電探測器及第二光電探測器，第一光電探測器連接第一光電轉(zhuǎn)換器10a，第二光電探測器連接第二光電轉(zhuǎn)換器10b ;且第一光電轉(zhuǎn)換器10a響應(yīng)波段與第一激光器2a工作波段相匹配，第二光電轉(zhuǎn)換器10b響應(yīng)波段與第二激光器2b工作波段相匹配，第一光電轉(zhuǎn)換器10a和第二光電轉(zhuǎn)換器10b后端通過光電變換器信號轉(zhuǎn)換線12連接計(jì)算機(jī)；其中，所述光纖準(zhǔn)直器6發(fā)出的激光束、平凸透鏡9、積分球11入光口徑三者在同一光軸各自中心對稱。
[0010](三)有益效果
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)的TDLAS氣體測溫檢測裝置，裝置內(nèi)部采用高能半導(dǎo)體可協(xié)調(diào)激光器作為工作光源，利用光學(xué)光線擴(kuò)束與透鏡聚焦原理，檢測待測燃燒氣體的溫度，測量精確度高，設(shè)備調(diào)試簡易，操作簡便。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:采用高能半導(dǎo)體可協(xié)調(diào)激光器作為工作光源，激光器在特定波動(dòng)可變頻探測，探測范圍精確較寬，光束聚集性較好。測量結(jié)果精確度高，散失能量較小，裝置搭建簡易、操作簡便、攜帶方便，適用于小型工程化燃燒設(shè)備的溫度檢測。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型外形圖。
[0015]圖中:1-電源線；2a_第一激光器(自帶第一激光驅(qū)動(dòng)器)；2b_第二激光器(自帶第二激光驅(qū)動(dòng)器)；3_激光信號調(diào)試器；4_激光信號發(fā)生器；5_激光合束器；6_光纖準(zhǔn)直器；7_激光擴(kuò)束鏡筒；8_燃燒檢測口 ；9_平凸透鏡；10a-第一光電轉(zhuǎn)換器；10b-第二光電轉(zhuǎn)換器；11-積分球；12-光電變換器信號轉(zhuǎn)換線；13-單模光纖；14-耐高溫玻璃；15_外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本實(shí)用新型的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提供一種基于擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)的TDLAS氣體測溫檢測裝置，如圖1及圖2所示，所述測溫檢測裝置以燃燒氣體場為中心劃分為兩部分；位于燃燒氣體場一側(cè)的為光源發(fā)射端，位于燃燒氣體場另一側(cè)的為光源接收端；且，燃燒氣體場空間由耐高溫玻璃14形成，且其上設(shè)有燃燒檢測口 8 ;
[0018]所述光源發(fā)射端包括:電源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號調(diào)試器3、激光信號發(fā)生器4、單模光纖13、激光合束器5、光纖準(zhǔn)直器6、激光擴(kuò)束鏡筒7 ;其中，所述第一激光器2a自帶有第一激光驅(qū)動(dòng)器，所述第二激光器2b自帶有第二激光驅(qū)動(dòng)器；所述光源接收端包括:平凸透鏡9、積分球11、第一光電探測器、第二光電探測器、第一光電轉(zhuǎn)換器10a、第二光電轉(zhuǎn)換器10b、光電變換器信號轉(zhuǎn)換線12 ;
[0019]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號發(fā)生器4、激光信號調(diào)試器3的電源線接口相互連接并統(tǒng)一連接至電源的供電接口電源線1 ;所述激光信號發(fā)生器4分別連接第一激光驅(qū)動(dòng)器、第二激光驅(qū)動(dòng)器以及激光信號調(diào)試器3 ;所述單模光纖13分別連接第一激光器2a輸出端口、第二激光器2b輸出端口以及激光合束器5輸入端口 ；所述激光合束器5輸入端口分別連接第一激光器2a及第二激光器2b各自傳輸?shù)膯文９饫w13 ;所述光纖準(zhǔn)直器6連接在激光合束器5后端輸出端；激光擴(kuò)束鏡筒7連接在光纖準(zhǔn)直器6后端輸出端；
[0020]所述平凸透鏡9位于燃燒氣體場中相對于光源發(fā)射端的另一側(cè)，位于光源接收端的前端，且處于所述激光擴(kuò)束鏡筒7的出射路徑上，平凸透鏡9中心位置與激光擴(kuò)束鏡筒7中心位置共軸；所述積分球11位于平凸透鏡9后端，且平凸透鏡9焦距位置在積分球11入光孔徑中，目的是確保所有激光束經(jīng)聚焦后全部進(jìn)入積分球11 ;積分球11內(nèi)部有一進(jìn)光口及兩路出光口，根據(jù)所述第一激光器2a及第二激光器2b的激光波長不同進(jìn)行濾光片分光，使得由一束光經(jīng)積分球11濾光片進(jìn)行分光，分出各自頻率光有出光口各自打出；在積分球11兩個(gè)出光口處各自設(shè)置有光電探測器，分為第一光電探測器及第二光電探測器，第一光電探測器連接第一光電轉(zhuǎn)換器10a，第二光電探測器連接第二光電轉(zhuǎn)換器10b ;且第一光電轉(zhuǎn)換器10a響應(yīng)波段與第一激光器2a主要工作波段相匹配，第二光電轉(zhuǎn)換器10b響應(yīng)波段與第二激光器2b主要工作波段相匹配，第一光電轉(zhuǎn)換器10a和第二光電轉(zhuǎn)換器10b后端通過光電變換器信號轉(zhuǎn)換線12連接計(jì)算機(jī)，并實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)中傳輸轉(zhuǎn)換電信號圖像；其中，所述光纖準(zhǔn)直器6發(fā)出的激光束、平凸透鏡9、積分球11入光口徑三者在同一光軸各自中心對稱，目的保障光路系統(tǒng)穩(wěn)定光信號不失真；
[0021]工作過程中，裝置內(nèi)部電源為整體檢測設(shè)備提供電壓，在供電的基礎(chǔ)上打開含激光驅(qū)動(dòng)器的激光器、激光信號調(diào)試器及激光信號發(fā)生器，其中激光信號發(fā)生器設(shè)定給出在相對檢測氣體頻率基準(zhǔn)值，并對激光信號調(diào)試器中在基準(zhǔn)值附近頻率及待測氣體重點(diǎn)采集的波長范圍并加載鋸齒波信號進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試后的激光束發(fā)出的光信號與調(diào)試時(shí)一致。激光在單模光纖傳輸后在光纖出光口進(jìn)行光線的準(zhǔn)直后光束在擴(kuò)束鏡筒中轉(zhuǎn)換為平行寬光束，穿過燃燒場壁的耐高溫玻璃后經(jīng)平凸透鏡折射聚焦到積分球中，光束在積分球出口射出打在相應(yīng)的光電探測器及光電變換器中，在計(jì)算機(jī)中轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算出氣體實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。
[0022]其中，所述氣體測溫檢測裝置的矩形外殼15部分材料選取為耐高溫，內(nèi)部器件壁四周有防護(hù)隔熱層，使得器件在內(nèi)部常溫下正常工作，外部耐高溫防止氣體燃燒中外部變形。
[0023]其中，在激光器的選取中，根據(jù)所待檢測燃燒場氣體的波長譜線范圍來確定激光器的工作主要工作波段，其中選取的激光器在主要工作波段要與檢測氣體波段一致，波長浮動(dòng)范圍略高于涵蓋待測波段，目的是在信號調(diào)諧波長中更能擴(kuò)大找到待測波長浮動(dòng)的確定范圍值。
[0024]其中，激光器選取為兩種待測氣體吸收波長的激光器，目的對兩路激光信號進(jìn)行比對計(jì)算確定溫度。
[0025]其中，在激光的傳輸過程中，應(yīng)用單模光纖，且光纖傳輸與激光器匹配，單模光纖傳輸距離遠(yuǎn)，信號傳輸穩(wěn)定，衰減略低，符合工程化所需。
[0026]其中，兩路激光器傳輸?shù)墓饫w經(jīng)激光合束器，結(jié)合成一束兩種波長模式的激光。
[0027]其中，激光合束器的光纖出射端口連接激光準(zhǔn)直器，目的在于激光束射出為平行光。
[0028]其中，激光擴(kuò)束鏡筒連接在激光準(zhǔn)直器出射端，目的使得平行光束變換為較寬的圓柱型光束，聚集焦點(diǎn)光的效果強(qiáng)度明顯。
[0029]其中，檢測裝置中的燃燒口壁兩側(cè)為耐高溫玻璃，卻高溫燃燒后，無變形，折射率一定。
[0030]其中，所檢測每一種氣體的燃燒成分譜