一种激光气体传感器内部光路调节结构的制作方法

1.本实用新型涉及激光气体传感器技术领域，具体的说，是涉及一种激光气体传感器内部光路调节结构。


背景技术：

2.激光气体传感器工作原理是通过改变温度和驱动电流来驱动调制可调谐半导体激光器的波长，由于温度对半导体激光器的波长调制幅度比电流大很多，故可以通过调节激光器的温度将激光的中心波长调整到与待测气体吸收谱线重合，通过周期性地注入电流，使得激光的波长发生周期性的改变，最后用光电探测器探测接收光信号并转换成电信号，并根据吸收后的电信号强度，对待测气体的浓度进行反演。该技术的核心技术是利用半导体激光器的波长调谐和被测气体的选择性吸收来测量气体的浓度，其具有灵敏度高、实时、动态、多组分同时测定等特点。
3.为了检测激光气体传感器的状态或标定校准外界环境中待测气体的浓度，一般会在激光气体传感器内部加上一个微型气室和光电探测器。通过设计光路使得半导体激光器发出的光束大部分射向开路环境，小部分射入到内部微型气室，被内部探测器接收。
4.但是，由于每个信号激光器在制造工艺上存在一定的差异，导致其出射光有一定的偏差，从而使得信号激光光束不能按设计光路射入内部的微型气室，导致激光光束无法到达既定探测器。
5.虽然现有的部分激光气体传感器具有可以调节的功能，但是调节上制作成本和时间成本比较大，调节过程较为繁琐，且不能针对内部的标定光路进行调节。例如公告号为cn 208780685 u的中国专利申请，其公开了一种具有校准结构的气体传感器，该结构通过转轴一以及转轴二同时转动带动气体传感器本体转动，转轴二转动带动主动齿轮转动，主动齿轮转动带动从动齿轮转动，最后拧紧锁紧螺栓，锁紧螺栓将转轴二固定在旋转座上，进而将气体传感器本体固定，实现了气体传感器本体检测角度的调节功能。该结构的调节过程非常繁琐，整体结构复杂度高，并且其仅能对整个传感器进行调节，而无法仅针对内部的结构进行调整。
6.上述缺陷，值得改进。


技术实现要素：

7.为了克服现有的激光气体传感器无法针对进入内部微型气室的光束进行调节，或调节结构复杂、调节难度大的缺陷，本实用新型提供一种激光气体传感器内部光路调节结构。
8.本实用新型技术方案如下所述：
9.一种激光气体传感器内部光路调节结构，包括用于对信号激光组件直接/间接入射的激光进行反射的反射镜，其特征在于，
10.所述反射镜安装于光学固定支架上，且所述反射镜的底部设有凸出的支撑肋，该
支撑肋抵接于所述光学固定支架上；
11.所述光学固定支架上设有弧形的调节固定孔，调节固定螺丝穿过所述调节固定孔后与所述反射镜的底部连接，使得所述反射镜随着所述调节固定螺丝的上下位置调整而绕所述支撑肋转动，且所述调节固定螺丝沿着所述调节固定孔滑动时，带动所述反射镜绕其轴心转动。
12.根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述光学固定支架上设有激光固定台，所述信号激光组件固定于所述激光固定台上。
13.进一步的，所述信号激光组件包括激光固定发射板、设于所述激光固定发射板上的信号激光器，所述激光固定发射板固定于所述激光固定台上，所述信号激光器用于发射激光信号并直接/间接入射至所述反射镜处。
14.根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述光学固定支架上设有带半透镜固定位的第一透光通道，半透半反射镜安装于所述半透镜固定位处，使得所述信号激光组件发射并入射至所述半透半反射镜的激光，部分反射至所述反射镜处。
15.进一步的，所述反射镜安装于所述光学固定支架的第三透光通道内，且所述第三透光通道通过第二透光通道与所述第一透光通道连通，使得所述半透半反射镜反射的激光经由所述第二透光通道入射至所述反射镜处。
16.根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述反射镜为全反射镜，所述全反射镜包括全反射主体、位于所述全反射主体上侧且倾斜设置的全反射面、位于所述全反射主体下侧的支撑肋，所述全反射镜的下侧还设有调节孔，所述调节固定螺丝穿过所述调节固定孔后与所述调节孔螺旋连接。
17.进一步的，所述光学固定支架上设有两条弧形的所述调节固定孔，两个所述调节固定螺丝穿过对应的所述调节固定孔后伸入对应位置的所述调节孔内。
18.根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述光学固定支架上设有微型气室、信号采集组件，所述反射镜反射的激光穿过所述微型气室后入射至所述信号采集组件处。
19.进一步的，所述光学固定支架上设有通道螺纹，所述微型气室上设有气室螺纹，所述气室螺纹与所述通道螺纹相匹配以使得所述微型气室与所述光学固定支架可拆卸连接。
20.进一步的，所述微型气室包括气室主体，所述气室主体的光学通道两端分别设有第一窗口片、第二窗口片。
21.进一步的，所述光学固定支架上设有固定柱，所述信号采集组件安装于所述固定柱上。
22.进一步的，所述信号采集组件包括信号采集板、探测器，所述探测器位于所述微型气室的光学通道的尾端。
23.根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型可以通过调节固定螺丝的位置调整以实现反射镜反射激光的光路调整，具体的，通过调节固定螺丝的纵向位置调节实现了反射镜的倾斜角度调节，以对左偏或右偏入射到反射镜的激光进行调整，以使得反射后的激光可以沿着设定的路线进行传输；本实用新型还可以通过调节固定螺丝沿着调节固定孔转动实现了反射镜的倾斜方向的调节，以对相对于设定路线倾斜入射到反射镜的激光进行调整，同样使得反射后的激光可以沿着设定的路线进行传输。
24.本实用新型仅通过调节固定螺丝的位置调整即可实现光路的微调，整个结构简
单、产品更加微型化，且生产、安装成本低，并且本实用新型的操作容易，使得微调后的光路稳定性高，标定准确性好。
附图说明
25.图1为本实用新型的结构示意图；
26.图2为本实用新型另一视角的示意图；
27.图3为本实用新型的结构分解图；
28.图4为本实用新型另一视角的分解图；
29.图5为本实用新型的侧面剖视图；
30.图6为图5中光路传输示意图；
31.图7为本实用新型中光学固定支架的结构示意图；
32.图8为本实用新型中光学固定支架另一视角的示意图；
33.图9为本实用新型中微型气室的结构示意图；
34.图10为本实用新型中微型气室另一视角的示意图；
35.图11为本实用新型中全反射镜的结构示意图；
36.图12为本实用新型中全反射镜的另一视角示意图。
37.在图中，各个附图标号为：
38.10、光学固定支架；
39.11、固定支架主体；12、激光固定台；131、第一透光通道；132、第二透光通道；133、第三透光通道；134、半透镜固定位；135、调节固定孔；136、通道螺纹；14、固定柱；
40.20、信号激光组件；
41.21、激光器固定发射板；22、信号激光器；
42.30、信号采集组件；
43.31、信号采集板；32、探测器；
44.40、微型气室；
45.41、气室主体；42、第一窗口片；43、第二窗口片；44、气室螺纹；
46.50、半透半反射镜；
47.60、全反射镜；
48.61、全反射主体；62、全反射面；63、支撑肋；64、调节孔；
49.70、调节固定螺丝。
具体实施方式
50.下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：
51.如图1至图12所示，本实用新型为了克服现有的激光气体传感器无法对内部的标定光路进行调节，以校正因出厂设置等缺陷造成的内部光路传播异常的缺陷，提出了一种激光气体传感器内部光路调节结构，其可以通过简单的结构实现内部光路的调节，以使得激光传感器中探测器的检测准确性更高。
52.一种激光气体传感器内部光路调节结构，该激光气体传感器用于实现激光发射，并利用探测接收器接收与气体作用后的激光信号，进而实现气体成分的探测功能，进行气
体探测功能。为了对气体传感器的状态进行检测，或者对外界环境中待测气体的浓度进行标定、校准，本实用新型中的激光气体传感器内部设有标定支路，使得该传感器内部的激光可以一部分出射至外部以实现外界环境气体的标定，还可以经由内部的微型气室40实现标定、校准。
53.具体的，该激光气体传感器内部光路调节结构包括：起到主体支撑作用的光学固定支架10、用于发射激光信号的信号激光组件20、用于实现光路传播的反射镜、用于提供标定校准的微型气室40、用于实现内部激光信号信息采集的信号采集组件30，光学固定支架10包括固定支架主体11，起到主要的固定支撑作用。在本实施例中反射镜包括了用于实现激光信号半透半反射的半透半反射镜50、用于实现内部光路转向（即对信号激光组件20直接/间接入射的激光进行反射）的全反射镜60，而本实施例目的在于调节全反射镜60的倾斜角度与倾斜方向，以对激光器自身工艺差异造成的出射光线偏差进行补偿。在其他实施例中，还可以省略全反射镜60，仅通过半透半反射镜50实现光路分光，通过调节半透半反射镜50的倾斜角度和倾斜方向实现微调功能。
54.该激光气体传感器内部光路调节结构通过对反射镜的倾斜角度、倾斜方向进行调节。具体的，反射镜安装于光学固定支架10上，且反射镜的底部设有凸出的支撑肋63（请参阅图11、图12），该支撑肋63抵接于光学固定支架10上。
55.此处的支撑肋63作为反射镜调节的支撑杠杆作用，基于此，光学固定支架10上设有弧形的调节固定孔135，调节固定螺丝70穿过调节固定孔135后与反射镜的底部连接，使得反射镜随着调节固定螺丝70的上下位置调整而绕支撑肋63转动，且调节固定螺丝70沿着调节固定孔135滑动时，带动反射镜绕其轴心转动。
56.具体在本实用新型中，反射镜指的是全反射镜60。全反射镜60包括全反射主体61、位于全反射主体61上侧且倾斜设置的全反射面62、位于全反射主体61下侧的支撑肋63，全反射镜60的下侧还设有调节孔64，调节固定螺丝70穿过调节固定孔135后与调节孔64螺旋连接。光学固定支架10上设有两条弧形的调节固定孔135，两个调节固定螺丝70穿过对应的调节固定孔135后伸入对应位置的调节孔64内。为了充分体现支撑肋63的支撑杠杆作用，两个调节孔64分布于支撑肋63的左右两侧，且支撑肋63的延伸方向与激光光束入射至全反射镜60的方向垂直（或近似垂直）。
57.优选的，为了节省内部空间，全反射镜60与半透半反射镜50的夹角呈90
°
（受到制造公差影响，可能稍微偏离90
°
），使得全反射镜60反射的光线与信号激光器22发射的光线平行。
58.为了实现信号激光组件20的固定，本实用新型的光学固定支架10上设有激光固定台12，信号激光组件20固定于激光固定台12上。在本实施例中，信号激光组件20包括激光固定发射板、设于激光固定发射板上的信号激光器22，激光固定发射板固定于激光固定台12上，信号激光器22用于发射激光信号并直接/间接入射至反射镜（即全反射镜60）处（本实施例是间接通过半透半反射镜50的反射间接入射至全反射镜60）。
59.在具体的光路结构中，为了实现半透半反射镜50、全反射镜60的安装及光束传播，本实用新型的光学固定支架10上设有第一透光通道131、第二透光通、第三透光通道133，其中：第一透光通道131带半透镜固定位134，半透半反射镜50安装于半透镜固定位134处，使得信号激光组件20发射并入射至半透半反射镜50的激光，部分反射至反射镜处；反射镜安
装于光学固定支架10的第三透光通道133内，且第三透光通道133的底部封口并使得调节固定孔135穿过该封口，第三透光通道133通过第二透光通道132与第一透光通道131连通，使得半透半反射镜50反射的激光经由第二透光通道132入射至反射镜处。
60.为了实现对于传感器状态的检测、对外界环境中待测气体浓度的标定校准，本实用新型中采用对通过微型气室40的激光信号进行探测，进行信号处理，具体检测、标定校准过程并非是本实用新型的改进之处，故不再详述。
61.请参阅图1至图10，本实用新型中的光学固定支架10上设有微型气室40、信号采集组件30，反射镜反射的激光穿过微型气室40后入射至信号采集组件30处。具体的，光学固定支架10上设有通道螺纹136，微型气室40上设有气室螺纹44，气室螺纹44与通道螺纹136相匹配以使得微型气室40与光学固定支架10可拆卸连接。
62.该微型气室40包括气室主体41，气室主体41的光学通道两端分别设有第一窗口片42、第二窗口片43（此处的第二窗口片43为凸透镜，使得气室主体41出射的光束为平行光束），全反射镜60反射的光线透过第一窗口片42射入气室主体41内部，与气室主体41内部的气体作用后的光线透过第二窗口片43射出，并被信号采集组件30接收。该信号采集组件30包括信号采集板31、探测器32，探测器32位于微型气室40的光学通道的尾端。由于信号激光器22自身的发射光束因生产、装配公差等原因造成的偏向，以及半透半反射镜50的安装公差，导致信号光束在射入气室主体41前已经发生偏移，无法穿过气室主体41而射入探测器32，此时采用上述的调节方式，通过调节固定螺丝70的具体位置和深入深度，调节全反射镜60的倾斜角度、偏转角度，满足信号激光器22的光束能够穿过气室主体41并被探测器32接收。
63.优选的，光学固定支架10上设有固定柱14，信号采集组件30（此处指的是信号采集板31）安装于固定柱14上，通过信号采集板31与固定柱14之间的连接关系，使得信号采集组件30固定于光学固定支架10后，两者之间形成容纳信号激光组件20、微型气室40等的空间，进一步减少整个传感器结构所占用的空间。具体的，请参阅图5、图6，本实施例中的气室主体41的延伸方向、信号激光器22出射光线的方向平行（受到加工工艺等影响，两者会有稍微偏差），使得信号激光器22出射的光线竖直向下，经过半透半反射镜50后，部分光线射出该传感器，部分光线反射、水平方向传播至全反射镜60处，全反射镜60反射的光线竖直向上并穿过气室主体41后被探测器32接收。整个结构通过u字形的光路设计，充分减少系统组件占用的内部空间。
64.请参阅图1至图8、图11、图12，本实用新型的实现过程中：
65.（1）当信号激光器22倾斜，使得其发出的激光光束偏向左侧或右侧（图6中的左侧或右侧）时，拧动两个调节固定螺丝70的松紧，使得全反射镜60绕着支撑肋63旋转，进而调节全反射面62的倾斜角度，以对入射到全反射面62的激光光束的角度进行补偿。
66.例如，当信号激光器22发出的信号光束偏左，即信号光束与半反半透反射镜的夹角大于45度（此处以半透半反射镜50倾斜45
°
为例进行说明）时，松开并调节两个调节固定螺丝70，使得右侧的调节固定螺丝70调松，而左侧的调节固定螺丝70锁紧，实现全反射镜60的俯视角度调节，使得全反射镜60反射的光束垂直射入第一窗口片42，经过第一窗口片42会聚光束，保证信号激光可以射入探测器32中检测，最后锁紧左右两个调节固定螺丝70。
67.当信号激光器22发出的信号光束偏右，即信号光束与半反半透反射镜夹角小于45
度时，反之调节。
68.（2）当信号激光器22歪斜，使得其发出的激光光束未照射到半透半反射镜50的中心区域而偏向前侧或后侧（图6中垂直纸面的方向）时，拧动两个调节螺丝并使其能够沿着调节固定孔135转动，进而带动全反射镜60转动，以实现对入射到全反射面62的激光光束的前后方向的偏移量进行补偿。
69.例如，当信号激光器22发出的信号光束偏外侧时，松开两个调节固定螺丝70并在调节固定孔135顺时针旋转，使得全反射镜60在第三透光通道133顺时针旋转适当角度，使得全反射镜60反射的光束垂直射入第一窗口片42，经过第一窗口片42会聚光束，保证信号激光可以射入探测器32中检测，最后锁紧左右两个调节固定螺丝70。
70.当信号激光器22发出的信号光束偏内侧时，反之调节。
71.本实用新型的内部光路调节结构还可以应用于其他传感器的光路调节，不限于本实施例所描述的标定光路对应的全反射镜60的调节，通过该内部光路调节结构可以对传感器内部的透镜结构进行调节，以实现光路微调的目的。
72.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
73.上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种激光气体传感器内部光路调节结构，包括用于对信号激光组件直接/间接入射的激光进行反射的反射镜，其特征在于，所述反射镜安装于光学固定支架上，且所述反射镜的底部设有凸出的支撑肋，该支撑肋抵接于所述光学固定支架上；所述光学固定支架上设有弧形的调节固定孔，调节固定螺丝穿过所述调节固定孔后与所述反射镜的底部连接，使得所述反射镜随着所述调节固定螺丝的上下位置调整而绕所述支撑肋转动，且所述调节固定螺丝沿着所述调节固定孔滑动时，带动所述反射镜绕其轴心转动。2.根据权利要求1所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述光学固定支架上设有激光固定台，所述信号激光组件固定于所述激光固定台上。3.根据权利要求2所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述信号激光组件包括激光固定发射板、设于所述激光固定发射板上的信号激光器，所述激光固定发射板固定于所述激光固定台上，所述信号激光器用于发射激光信号并直接/间接入射至所述反射镜处。4.根据权利要求1所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述光学固定支架上设有带半透镜固定位的第一透光通道，半透半反射镜安装于所述半透镜固定位处，使得所述信号激光组件发射并入射至所述半透半反射镜的激光，部分反射至所述反射镜处。5.根据权利要求4所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述反射镜安装于所述光学固定支架的第三透光通道内，且所述第三透光通道通过第二透光通道与所述第一透光通道连通，使得所述半透半反射镜反射的激光经由所述第二透光通道入射至所述反射镜处。6.根据权利要求1所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述反射镜为全反射镜，所述全反射镜包括全反射主体、位于所述全反射主体上侧且倾斜设置的全反射面、位于所述全反射主体下侧的支撑肋，所述全反射镜的下侧还设有调节孔，所述调节固定螺丝穿过所述调节固定孔后与所述调节孔螺旋连接。7.根据权利要求6所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述光学固定支架上设有两条弧形的所述调节固定孔，两个所述调节固定螺丝穿过对应的所述调节固定孔后伸入对应位置的所述调节孔内。8.根据权利要求1所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述光学固定支架上设有微型气室、信号采集组件，所述反射镜反射的激光穿过所述微型气室后入射至所述信号采集组件处。9.根据权利要求8所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述光学固定支架上设有通道螺纹，所述微型气室上设有气室螺纹，所述气室螺纹与所述通道螺纹相匹配以使得所述微型气室与所述光学固定支架可拆卸连接。10.根据权利要求8所述的激光气体传感器内部光路调节结构，其特征在于，所述信号采集组件包括信号采集板、探测器，所述探测器位于所述微型气室的光学通道的尾端。

技术总结
本实用新型公开了激光气体传感器技术领域中的一种激光气体传感器内部光路调节结构，包括用于对信号激光组件直接/间接入射的激光进行反射的反射镜，反射镜安装于光学固定支架上，且反射镜的底部设有凸出的、抵接于光学固定支架上的支撑肋，光学固定支架上设有调节固定孔，调节固定螺丝穿过调节固定孔后与反射镜的底部连接，反射镜随着调节固定螺丝的上下位置调整而绕支撑肋转动，调节固定螺丝沿着调节固定孔滑动时，带动反射镜绕其轴心转动。本实用新型仅通过调节固定螺丝的位置调整即可实现光路的微调，进而保证传感器内部的光路准确，整个结构简单、微型化，且操作容易，使得微调后的光路稳定性高，标定准确性好。标定准确性好。标定准确性好。


技术研发人员：尹金德 陈镇辉 周泽文 卿笃安
受保护的技术使用者：深圳市诺安智能股份有限公司
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/7/14