本實(shí)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(shù)：

目前，通過(guò)反射面回波進(jìn)行氣體濃度測(cè)量是氣體遙測(cè)的一種常見(jiàn)方式。由光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直照射到反射面上，在反射面經(jīng)過(guò)反射回到遙測(cè)裝置的光電探測(cè)器中，通過(guò)測(cè)量反射回波被路徑上目標(biāo)氣體的吸收可以推算出目標(biāo)氣體的濃度值。這種遙測(cè)裝置具有諸多不足，如：

由于自身光路與結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)氣體遙測(cè)裝置的測(cè)量方向是固定的，不能夠獲得目標(biāo)氣體濃度的角度分辨信息(如聚光科技、東京燃?xì)?、美?guó)漢斯產(chǎn)品)。然而，對(duì)于特定區(qū)域氣體濃度的測(cè)量，除了需要測(cè)量氣體濃度本身以外，還需要獲得所測(cè)量濃度對(duì)應(yīng)的角度信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本實(shí)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(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)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(fā)出的測(cè)量光的波長(zhǎng)覆蓋所述空間內(nèi)待測(cè)氣體的吸收譜線；

光偏轉(zhuǎn)器件，所述光偏轉(zhuǎn)器件用于偏轉(zhuǎn)所述測(cè)量光，偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光射入所述空間；

馬達(dá)，所述馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)所述光偏轉(zhuǎn)器件轉(zhuǎn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光掃描空間內(nèi)的不同方向；

探測(cè)器，所述探測(cè)器用于將穿過(guò)所述空間的測(cè)量光的反射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳送到分析模塊；

分析模塊，所述分析模塊根據(jù)吸收光譜技術(shù)處理接收到的所述電信號(hào)、光偏轉(zhuǎn)器件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而獲得空間內(nèi)不同方向上待測(cè)氣體的含量。

根據(jù)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(jìn)一步包括：

角度測(cè)量模塊，所述角度測(cè)量模塊用于檢測(cè)所述光偏轉(zhuǎn)器件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并傳送到分析模塊。

根據(jù)上述的空間氣體的掃描裝置，優(yōu)選地，所述反射光經(jīng)所述光偏轉(zhuǎn)器件偏轉(zhuǎn)后被所述探測(cè)器接收。

根據(jù)上述的空間氣體的掃描裝置，優(yōu)選地，所述測(cè)量光在所述光偏轉(zhuǎn)器件上的入射角為45度。

根據(jù)上述的空間氣體的掃描裝置，可選地，所述角度測(cè)量模塊包括：

指針，所述指針的一端固定在所述光偏轉(zhuǎn)器件或馬達(dá)的轉(zhuǎn)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(jù)上述的空間氣體的掃描裝置，可選地，所述馬達(dá)根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)動(dòng)指令工作，所述轉(zhuǎn)動(dòng)指令包括轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

根據(jù)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(zhuǎn)器件、探測(cè)器設(shè)置在所述殼體內(nèi)；

透明窗口，所述透明窗口設(shè)置在所述殼體上，適于偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光和反射光的穿過(guò)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果為：

1.利用轉(zhuǎn)動(dòng)的光偏轉(zhuǎn)器件，使得偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光從不同角度(方向)射入空間內(nèi)，也即測(cè)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(guān)系，使得操作者了解氣體濃度異常的區(qū)域，如氣體泄漏的區(qū)域；

2.在發(fā)光體出光過(guò)程中，利用壓電材料(周期性地微米量級(jí)地)調(diào)整光準(zhǔn)直器件和發(fā)光體之間的距離，從而消除了發(fā)光體和光準(zhǔn)直器件間干涉帶來(lái)的光學(xué)噪聲；

光準(zhǔn)直器件表面鍍?cè)鐾改ぃM(jìn)一步降低了光學(xué)噪聲；

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

3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本

在原有的氣體遙測(cè)裝置的基礎(chǔ)上加裝馬達(dá)、光偏轉(zhuǎn)器件即可。

附圖說(shuō)明

參照附圖，本實(shí)用新型的公開(kāi)內(nèi)容將變得更易理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是：這些附圖僅僅用于舉例說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非意在對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例1的空間氣體的掃描裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例1、5的光源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例2的光源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例3的光源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

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

實(shí)施例1：

圖1示意性地給出了本實(shí)施例的空間氣體的掃描裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)施例的光源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖2所示，所述光源包括：

發(fā)光體2，如用于發(fā)射單色光的激光器，所述發(fā)光體固定在支架上；所述發(fā)光體發(fā)出的測(cè)量光的波長(zhǎng)覆蓋所述空間內(nèi)待測(cè)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(fā)光體，支架形成有適于所述發(fā)光體出射光通過(guò)的光學(xué)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(shè)置在所述支架上，適于所述出射光穿過(guò)；固定件和支架之間通過(guò)螺紋配合，實(shí)現(xiàn)可拆卸；

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

彈性件5，如橡膠件，所述彈性件設(shè)置在所述光準(zhǔn)直器件的沿其軸線方向上的側(cè)部；

壓電器件3，如壓電陶瓷，所述壓電器件和彈性件分別設(shè)置在所述光準(zhǔn)直器件的沿其軸線方向的兩側(cè)，所述光準(zhǔn)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(dāng)壓電器件發(fā)生位移時(shí)，所述光準(zhǔn)直器件隨之來(lái)回移動(dòng)，從而不斷地調(diào)整發(fā)光體和光準(zhǔn)直器件之間的距離，消除了光源和透鏡之間的由于干涉產(chǎn)生的光學(xué)噪聲；

光偏轉(zhuǎn)器件92，如平面鏡、凹面鏡或全內(nèi)反射棱鏡，所述光偏轉(zhuǎn)器件用于偏轉(zhuǎn)所述測(cè)量光，偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光射入所述空間；

第一馬達(dá)93，所述第一馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)所述光偏轉(zhuǎn)器件轉(zhuǎn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光掃描空間內(nèi)的不同方向；

探測(cè)器94，所述探測(cè)器用于將穿過(guò)所述空間的測(cè)量光的反射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳送到分析模塊；

分析模塊，所述分析模塊根據(jù)吸收光譜技術(shù)處理接收到的所述電信號(hào)、光偏轉(zhuǎn)器件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而獲得空間內(nèi)與轉(zhuǎn)動(dòng)角度相匹配的不同方向上待測(cè)氣體的含量。分析模塊是現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

實(shí)施例2：

本實(shí)用新型實(shí)施例的空間氣體的掃描裝置，與實(shí)施例1不同的是：

1.如圖4所示，光源包括：

發(fā)光體2，用于發(fā)射單色光；所述發(fā)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(fā)光體，支架形成有適于所述發(fā)光體出射光通過(guò)的光學(xué)通道；

光準(zhǔn)直器件81，如平-凸透鏡，所述光準(zhǔn)直器件固定在所述發(fā)光體的出射光的光路上，準(zhǔn)直所述出射光；所述光準(zhǔn)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(guò)30度；

轉(zhuǎn)動(dòng)件31，所述光準(zhǔn)直器件固定在所述轉(zhuǎn)動(dòng)件上；

第二支架71，所述轉(zhuǎn)動(dòng)件可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述第二支架上；

第二馬達(dá)51，所述第二馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)件及光準(zhǔn)直器件轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.分析單元，所述分析單元包括：平均器、計(jì)算模塊，所述平均器用于平均探測(cè)器傳送來(lái)的電信號(hào)攜帶的光譜數(shù)據(jù)，計(jì)算模塊利用光譜分析技術(shù)處理平均后的光譜數(shù)據(jù)，從而獲知待測(cè)氣體的參數(shù)，如氣體含量、流速等。

實(shí)施例3：

本實(shí)用新型實(shí)施例的空間氣體的掃描裝置，與實(shí)施例2不同的是：

如圖4所示，光源包括：

發(fā)光體2選用可調(diào)諧半導(dǎo)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(fā)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(zhuǎn)動(dòng)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(nèi)側(cè)；

固定件41，固定件采用套筒，固定在轉(zhuǎn)動(dòng)件上，即軸承的內(nèi)圈上；

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

第二馬達(dá)51，如通過(guò)電、氣、磁、液壓等方式驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)所述固定件轉(zhuǎn)動(dòng)，使得光準(zhǔn)直器件旋轉(zhuǎn)，但不發(fā)生沿測(cè)量光光路方向上的位移。

實(shí)施例4：

本實(shí)用新型實(shí)施例的空間氣體的掃描裝置，與實(shí)施例3不同的是：

1.不再使用固定件，光準(zhǔn)直器件直接固定在軸承的內(nèi)圈上，馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠馬達(dá)的主動(dòng)輪利用摩擦力驅(qū)動(dòng)內(nèi)圈；

2.第二支架單獨(dú)設(shè)置，所述軸承的外圈固定在所述第二支架上；激光器發(fā)出的測(cè)量光穿過(guò)光準(zhǔn)直器件，且光軸與光準(zhǔn)直器件的軸線間的夾角為銳角，如10度、15度、20度、30度等。

實(shí)施例5：

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例1的空間氣體的掃描裝置在氣體遙測(cè)中的應(yīng)用例。

在該應(yīng)用例中，如圖2所示，發(fā)光體2選用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，測(cè)量光波長(zhǎng)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(fā)光體的一端的外徑相比)，但內(nèi)徑較大(與支架的臨著發(fā)光體的一端的內(nèi)徑相比)，從而在內(nèi)部形成環(huán)形臺(tái)階，且具有外螺紋，臨著發(fā)光體的一端11的外徑較大，但內(nèi)徑較小；所述發(fā)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(nèi)具有內(nèi)螺紋，與所述外螺紋匹配；壓電器件3采用壓電陶瓷，對(duì)稱地分布在所述環(huán)形臺(tái)階上，壓電器件的線纜穿過(guò)支架，壓電陶瓷的振幅微米量級(jí)，諧振頻率可達(dá)幾百千赫茲；沿著激光器出射光方向上的壓電器件的背對(duì)臺(tái)階的一側(cè)設(shè)有光準(zhǔn)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(guò)的增透膜，凸面背對(duì)所述激光器；彈性件5采用橡膠材質(zhì)，如O型圈，所述壓電器件、光準(zhǔn)直器件和彈性件依次排列地處于所述支架的內(nèi)徑較小部分的內(nèi)側(cè)，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(cè)，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(zhǔn)直器件和彈性件被擠壓在支架和固定件之間。

光偏轉(zhuǎn)器件采用平面反射鏡，測(cè)量光在所述反射鏡上的入射角為45度，也即，測(cè)量光被偏轉(zhuǎn)90度；馬達(dá)采用伺服電機(jī)，根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)動(dòng)指令工作，所述轉(zhuǎn)動(dòng)指令包括轉(zhuǎn)動(dòng)角度；測(cè)量光在空間內(nèi)的反射光經(jīng)過(guò)所述反射鏡的反射后被探測(cè)器接收；所述激光器、反射鏡、探測(cè)器設(shè)置在所述殼體內(nèi)，其中，光源和探測(cè)器設(shè)置在反射鏡的下側(cè)；透明窗口設(shè)置在所述殼體上，適于偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光和反射光的穿過(guò)；分析模塊根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)動(dòng)指令而獲知反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

實(shí)施例6：

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例1的空間氣體的掃描裝置在大氣遙測(cè)中的應(yīng)用例。

在該應(yīng)用例中，光源與實(shí)施例5不同的是：1.支架具有臨著激光器的內(nèi)徑較小部分、臨著固定件的內(nèi)徑較大部分，內(nèi)徑較大部分的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)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(zhǔn)直器件和壓電器件依次布置在固定件內(nèi)側(cè)，并被臺(tái)階和固定件擠壓，從而當(dāng)壓電器件具有位移時(shí)，光準(zhǔn)直器件發(fā)生來(lái)回移動(dòng)。

光偏轉(zhuǎn)器件采用平面反射鏡，測(cè)量光在所述反射鏡上的入射角為45度，也即，測(cè)量光被偏轉(zhuǎn)90度；馬達(dá)采用電機(jī)；角度測(cè)量模塊包括：指針，所述指針的一端固定在所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)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(cè)量光在空間內(nèi)的反射光經(jīng)過(guò)所述反射鏡的反射后被探測(cè)器接收；所述激光器、反射鏡、探測(cè)器設(shè)置在所述殼體內(nèi)，其中，光源和探測(cè)器設(shè)置在反射鏡的下側(cè)；透明窗口設(shè)置在所述殼體上，適于偏轉(zhuǎn)后的測(cè)量光和反射光的穿過(guò)；分析模塊根據(jù)所述角度測(cè)量模塊而獲知反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

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