CN105158187A - 一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室。本发明分为信号连接区和气体暴露区；所述的信号连接区在待测环境外，设置激光准直器、航插和快装卡盘；所述的气体暴露区在待测环境内，采用圆柱形中空设计，外壁设有长方形孔，保证入射激光充分暴露在待测环境中，气体暴露区设置光电探测器和传感器芯片，光电探测器位于气室尾部，传感器芯片位于气室外壁，光电探测器和传感器芯片通过电线连接航插，完成元件的供电和测量信号的输出。本发明采用了快装式的结构，将气室直接置于待测环境中进行在线监测，避免了待测环境和气室间的循环线路及其带来的误差，气室通过设置传感器芯片可实现多参数的测量。
Description
技术领域
本发明属于光谱吸收气体检测技术领域，具体涉及一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室。
背景技术
吸收型光纤传感器基于光谱吸收气体检测技术，每种气体分子都有自己的吸收谱特征，光源的发射谱只有在与气体吸收谱重叠的部分才产生吸收，吸收后的光强将会发生变化，传感器通过检测气体透射光强或反射光强的变化来检测气体浓度。因此，该类气体传感器主要由光源、气室和接收与处理单元三大部分组成，光源用于发射气体特征吸收谱线波长附近的激光，气室用于将激光暴露在待测气体中，接收与处理单元用于光信号的接收和后处理。吸收型光纤传感器具有响应速度快、灵敏度高、可实现微量检测等优点，已应用于水蒸气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等多种气体浓度的检测。
气室作为吸收型光纤传感器的重要组成部分，对传感器的精度、可靠性、使用寿命都有着重要的影响。常规气室，尤其用于痕量检测的长光程气室通常都是置于待测环境外部，通过循环线路将待测气体通入气室进行监测，这样的结构不便于在复杂的工业环境中使用。另外，现有的吸收型光纤传感器多数只能完成单一气体浓度的监测，而在实际中，待测环境的温度、湿度、压力等常规条件也是气体需要监测的条件，并且对待测气体有重要的影响，而这些参数往往需要另外的设备去监测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有吸收型光纤传感器及其气室的不足之处，提供一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，该气室采用在线监测方式和快装式的结构，可直接置于待测环境中，实现腐蚀性条件等复杂工况的多参数监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，所述气室分为信号连接区和气体暴露区；所述信号连接区在待测环境外，信号连接区筒壁内设置激光准直器，信号连接区筒壁端口设置航插，信号连接区筒壁外周设置快装卡盘，激光准直器将入射激光进行准直处理并传入气体暴露区，航插将监测信号从气室传出；所述气体暴露区在待测环境内，采用圆柱形中空设计，气体暴露区外壁设有长方形孔，气体暴露区尾部筒壁内设置光电探测器，光电探测器将吸收后的光信号转化为电信号，传感器芯片安装于气体暴露区外壁，用来测量待测环境的其他参数，光电探测器和传感器芯片通过电线连接航插，完成元件的供电和测量信号的输出。
进一步的，所述的激光准直器安装在准直器固定器内，并用法兰压紧。航插固定在法兰上的凹槽内。
进一步的，所述的快装卡盘可通过卡箍和设置在待测环境外壁的配套快装卡盘进行快速安装和拆卸；卡盘之间设有垫片，保证卡盘连接的密闭性。
进一步的，所述的光电探测器安装在接收器固定器上，并使光电探测器的中心和激光准直器的中心同轴，以确保光电探测器能接收到被气体吸收后的光信号。接收器固定器由压紧部件固定，压紧部件和气室侧壁采用锥螺纹连接，以保证待测环境气体不会和光电探测器接触。
进一步的，所述的气体暴露区内，位于两个长方孔的横截面位置设置蓝宝石玻璃，蓝宝石玻璃与气体暴露区内壁之间设置O型圈，这样可以将气体接触区域和其他区域隔绝，以保证入射光能够通过蓝宝石玻璃并暴露在待测环境中，而激光准直器、光电探测器等气室内部部件无法接触到待测环境气体，从而提高气室的耐腐蚀性和使用寿命。
进一步的，所述的传感器芯片安装在气室外壁的凹槽内，可选用不同类型的小型化数字传感器芯片实现对待测环境温度、湿度、压力等参数的测量。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用在线监测方式和快装式的结构，将气室的气体暴露区直接置于待测环境中，避免了待测环境和气室间的循环线路及其带来的误差，实现了待测气体的在线监测，操作方便，准确度高。
本发明只有气体暴露区和不锈钢材质的气室外壁与待测环境接触，气室内部部件通过O型圈、锥螺纹等密封方式不与待测气体接触，使该气室可在腐蚀性条件等复杂工况下使用，提高了气室的使用寿命和可靠性。
本发明设有小型传感器芯片，在利用光谱吸收技术测量某一气体浓度的同时，还能够完成待测环境温度、湿度、压力等常规参数的监测，使气室实现了多参数测量的功能。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明的三维外型示意图。
其中：1信号连接区，2气体暴露区，3激光准直器，4航插，5快装卡盘，6长方形孔，7光电探测器，8传感器芯片，9准直器固定器，10法兰，11卡箍，12垫片，13接收器固定器，14压紧部件，15蓝宝石玻璃，16O型圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
如图1和图2所示，一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，所述的气室采用快装式的结构和S31603不锈钢的材质，分为信号连接区1和气体暴露区2。所述的信号连接区1在待测环境外，设置激光准直器3、航插4和快装卡盘5，激光准直器3为LightPath公司的355110系列产品，将中心波长为1370nm的入射激光进行准直处理并传入气体暴露区2，航插4选用小型6针航插，外径10cm，将监测信号从气室传出。所述的气体暴露区2在待测环境内，采用圆柱形中空设计，外壁设有两个长方形孔6，保证入射激光充分暴露在待测环境中，气体暴露区设置光电探测器7和传感器芯片8，光电探测器7选用InGaAs光电二极管，响应波长范围为1100nm-2500nm，能够适应较宽的长波近红外光谱，感光面直径为0.5mm，能够有效探测较大光斑，光电探测器7位于气室尾部，将吸收后的光信号转化为电信号，传感器芯片8选用ADT7420高精度数字温度传感器，精度为±0.25℃，位于气室外壁，用来测量待测环境的温度，光电探测器7和传感器芯片8通过电线连接航插4，完成元件的供电和测量信号的输出。
本实施例中，所述的激光准直器3安装在圆柱形的准直器固定器9内，并用法兰10压紧，法兰和气室端部采用3个M5螺丝连接，航插固定在法兰10上的凹槽内。
本实施例中，所述的快装卡盘5外径为51cm，可通过卡箍11和设置在待测环境外壁的配套快装卡盘进行快速安装和拆卸；卡盘之间设有硅胶垫片12，保证卡盘连接的密闭性。
本实施例中，所述的光电探测器7安装在接收器固定器13上，并使光电探测器7的中心和激光准直器3的中心同轴，以确保光电探测器能接收到被气体吸收后的光信号。接收器固定器由压紧部件14固定，压紧部件14和气室侧壁采用锥螺纹连接，以保证待测环境气体不会和光电探测器7接触。
本实施例中，所述的气体暴露区2内，位于两个长方孔的横截面位置设置蓝宝石玻璃15，蓝宝石玻璃与气体暴露区内壁之间设置O型圈16，这样可以将气体接触区域和其他区域隔绝，以保证入射光能够通过蓝宝石玻璃15并暴露在待测环境中，而激光准直器3、光电探测器7等气室内部部件无法接触到待测环境气体，从而提高气室的耐腐蚀性和使用寿命。
本实施例中，所述的传感器芯片8安装在气室外壁的凹槽内，并对芯片进行了耐腐蚀的封装处理，选用的ADT7420高精度数字温度传感器芯片可实现待测环境的温度监测。
本实施例中，所述的在线监测式吸收型光纤气体传感器气室应用于一种测量消毒环境温湿度的吸收型光纤传感器。该传感器利用水蒸气在1370nm波长附近的吸收峰进行消毒环境的水气含量监测，传感器利用所述的气室完成了消毒环境的水气含量和温度监测，并通过接收与处理系统计算出消毒环境的相对湿度，最终完成了消毒环境温度与相对湿度两个参数的监测。由于消毒环境需要使用气体二氧化氯、过氧化氢等消毒剂，这类消毒剂在高湿环境下具有较强的腐蚀性。因此，所述的气室既能满足此类传感器在线监测、多参数的需求，又能在腐蚀性环境下长期使用，具有应用范围广、使用方便、可靠性高、可完成多参数测量等优点。
最后应理解，以上实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，其特征是，所述气室分为信号连接区(1)和气体暴露区(2)；所述信号连接区(1)在待测环境外，信号连接区筒壁内设置激光准直器(3)，信号连接区筒壁端口设置航插(4)，信号连接区筒壁外周设置快装卡盘(5)，激光准直器(3)将入射激光进行准直处理并传入气体暴露区(2)，航插(4)将监测信号从气室传出；所述气体暴露区(2)在待测环境内，采用圆柱形中空设计，气体暴露区外壁设有长方形孔(6)，气体暴露区尾部筒壁内设置光电探测器(7)，光电探测器将吸收后的光信号转化为电信号，传感器芯片(8)安装于气体暴露区外壁，用来测量待测环境的其他参数，光电探测器(7)和传感器芯片(8)通过电线连接航插(4)，完成元件的供电和测量信号的输出。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，其特征在于：所述的激光准直器(3)安装在准直器固定器(9)内，并用法兰(10)压紧；航插固定在法兰(10)上的凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，其特征在于：所述的快装卡盘(5)通过卡箍(11)和设置在待测环境外壁的配套快装卡盘进行快速安装和拆卸；卡盘之间设有垫片(12)，保证卡盘连接的密闭性。
4.根据权利要求1所述的一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，其特征在于：所述的光电探测器(7)安装在接收器固定器(13)上，并使光电探测器(7)的中心和激光准直器(3)的中心同轴，接收器固定器由压紧部件(14)固定，压紧部件(14)与气体暴露区的内壁采用锥螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，其特征在于：所述的气体暴露区(2)内，位于两个长方孔的横截面位置设置蓝宝石玻璃(15)，蓝宝石玻璃与气体暴露区内壁之间设置O型圈(16)，以保证入射光能够通过蓝宝石玻璃(15)并暴露在待测环境中。
6.根据权利要求1所述的一种在线监测式吸收型光纤气体传感器气室，其特征在于：所述的传感器芯片(8)安装在气室外壁的凹槽内，选用小型化数字传感器芯片实现对待测环境温度、湿度、压力参数的测量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151216 |