(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210607234.7 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 南京光通光电技术有限公司 地址 211505 江苏省南京市六合区龙池街 道虎跃路8号六合经济开 发区科创园2 号楼3层 (72)发明人 张耐　马淼　刘龙骧　曾吉东　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 颜盈静 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/39(2006.01) (54)发明名称 一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传 感器气室结构 (57)摘要 本发明公开了一种紧凑高效多程气体吸收 光路的气体传感器气室结构， 包括凹面反射镜、 第一平面反射镜、 第二平面反射镜和第三平面反 射镜； 第一平 面反射镜和第二平 面反射镜均为其 镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜 的对面的平 面反射镜； 第一平 面反射镜的镜面法 线与第二平 面反射镜的镜面法线正交， 且第一平 面反射镜设置在第二平面反射镜的上方； 第三平 面反射镜为其镜面与入射光束正交设置在凹面 反射镜的对面的平面反射镜； 第三平 面反射镜位 于第一平 面反射镜和第二平面反射镜之间， 且第 三平面反射镜较第一平面反射镜/第二平面反射 镜靠近凹面反射镜； 本发明可大幅提高近红外可 调谐半导体激光吸收光谱的光学式低浓度气体 检测器的检测灵敏度。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114910417 A 2022.08.16 CN 114910417 A 1.一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构， 其特征在于： 包括凹面反 射镜、 第一平面反射镜、 第二平面反射镜和第三平面反射镜； 所述第一平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面的平 面反射镜； 所述第二平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面的平 面反射镜； 该第一平面反射镜的镜面法线与第二平面反射镜的镜面法线正交， 且第一平面 反射镜设置在第二平面反射镜的上 方； 所述第三平面反射镜为其镜面与入射光束正交设置在凹面反射镜的对面的平面反射 镜； 该第三平面反射镜位于第 一平面反射镜和第 二平面反射镜之间， 且第 三平面反射镜较 第一平面反射镜 /第二平面反射镜 靠近凹面反射镜； 入射光束经由凹面反射镜反射的光束入射至第 三平面反射镜上， 经由第 三平面反射镜 反射后的光束 再次入射至凹面反射镜上， 经由凹面反射镜反射后的光束入射至第一平面反 射镜上， 经 由第一平面反射镜反射后的光束入射至第二平面反射镜， 经 由第二平面反射镜 反射后的光束入射至凹面反射镜上， 经由凹面反射镜反射后的光束又入射到第三平面反射 镜上， 经由第三平面反射镜反射后的光束重新回射到凹面反射镜上， 最后经 由凹面反射镜 的反射后的光束即为气室的出射 光束。 2.根据权利要求1所述的一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构， 其 特征在于： 所述凹面反射镜为球面凹面镜 。 3.根据权利要求1所述的一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构， 其 特征在于： 所述凹面反射镜为柱面凹面镜 。 4.一种气体传感器气室的Housing， 其特征在于： 包括作为光束发射器的半导体激光 器、 气室和光检测器； 所述气室为如权利要求1至3任意一项所述的一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体 传感器气室结构； 所述作为光束发射器的半导体激光器设置在对着凹面反射镜的一侧， 用于向气室发射 准直光束， 作为气室的入射 光束； 所述光检测器设置在对着凹面反射镜的一侧， 用于 接收气室的出射 光束。 5.根据权利要求4所述的一种气体传感器气室的Housing， 其特征在于： 所述半导体激 光器为可调谐半导体激光器。 6.根据权利要求4所述的一种气体传感器气室的Housing， 其特征在于： 所述光检测器 包括窗口和P D芯片， PD芯片的法线及窗口 的法线均 与气室的出射 光束形成一定角度设置 。 7.根据权利要求6所述的一种气体传感器气室的Housing， 其特征在于： 所述的角度在 3‑15度范围。 8.根据权利要求4所述的一种气体传感器气室的Housing， 其特征在于： 所述光束发射 器的设置位置与气室的一个边缘对应， 所述光检测器的设置位置与气室的另一个边缘对 应。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114910417 A 2一种紧凑高 效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构 技术领域 [0001]本发明属于气体传感技术领域， 具体涉及 一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体 传感器气室结构。 背景技术 [0002]甲烷是一种易燃易爆气体， 在大气 中爆炸下限为5.0％VOL， 上限为15.0％VOL， 它 是煤矿瓦斯、 沼气、 天然气和多种液体燃料的主要成分， 及时、 准确地探测甲烷气体浓度并 由此发现产生源、 泄漏源对于工业、 矿山安全运行具有十 分重要的意义。 目前可调谐半导体 激光吸收光谱(Tunable  diode laser absorption spectroscopy， TDLAS)谐波检测技术虽 在气体检测领域， 尤其是低浓度气体检测当中得到了广泛的应用， 但该技术在实际使用中 其灵敏度还有待于改善和提高。 激光气体传感器的灵敏度和精度取决于信噪比， 在电噪声 一定的情况下， 提高可调谐半导体激光吸收光谱谐波气 体检测器灵敏度的最直接方法就是 加长气室的长度从而增加光和气 体的有效作用距离， 以增强被测气 体的有效吸收来提高检 测灵敏度。 此外有一所谓的折叠腔技术也常被用于可调谐半导体激光吸收光谱谐波气 体检 测器的气室设计中， 该技术的要点是使激光束按一定路径反复经过气室， 来增加 光和气体 的有效作用距离， 增强被测气 体的有效吸收， 以此来提高检测灵敏度。 采用该技术的传统折 叠腔气室的基本光路如图1所示。 [0003]图1中， 13和14是两个反射镜， 11是可调谐半导体激光器发射出的光束， 12是从折 叠式气室出射到光检测器的光束。 无论是长气室或传统的折叠式气室其所占有的空间都很 大， 在具体应用中对可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器的体积有限制时， 上述两 种提高灵敏度的方法就失效了。 如城市窨井、 城市综合管廊 中使用的激光气体传感器在小 型化方面要求非常高， 其所允许的实际气室线度一般都限制在30mm  x 20mm x 20mm左右的 范围内。 按传统方式能实现的光和气体的有效作用距离也就在30 mm‑70mm， 因此它无法将 激 光气体传感器精度提高到在高低温环境中能检测到小于0.05％vol甲烷的精度。 另外如附 图1所示传统的折叠式气室其光束在气室内多次折叠传播过程中会使从激光器发射出的仅 有有限准直距离的光束发散造成气室的出射光不能被光检测器充分接受而影响激光气体 传感器的信噪比。 发明内容 [0004]发明目的： 为解决在可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器的体积有限制 时， 检测灵敏度降低的问题， 以及为解决从激光器发射出 的仅有有限准直距离的光束发散 造成气室的出射光不能被光检测器充分接受的问题， 本发明提出了一种紧凑高效多程气 体 吸收光路的气体传感器气室结构及一种气体传感器气室的Housi ng。 [0005]技术方案： 一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构， 包括凹面反 射镜、 第一平面反射镜、 第二平面反射镜和第三平面反射镜； [0006]所述第一平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜 的对面说　明　书 1/5 页 3 CN 114910417 A 3