(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 202211296011.X (22)申请日 2022.10.21 (71)申请人 合肥金星智控科技股份有限公司 地址 230088 安徽省合肥市高新区皖水路 228号1幢生产楼 (72)发明人 刘世胜　杏兴彪　左金城　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 雷玉龙 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于TDLAS技 术的检测光路和检测系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于TDLAS技术的检测光 路和检测系统， 光路包括激光测量单元和光路反 射单元， 激光测量单元包括测量激光器、 指示激 光器、 合束器、 离轴抛物面镜和探测器， 光路反射 单元包括回射器； 测量激光与指示激光通过合束 器形成同轴合束激光， 同轴合束激光通过中心带 通孔的离轴抛物面镜出射， 经过待测烟气吸收后 被回射器原路反射， 反射光经过离轴抛物面镜聚 焦到探测器进行探测。 该光路通过回射器将照射 光原路反射， 且不受照射光相对回射器中心轴线 夹角的影 响， 有效提高了测量系统在振动环境下 的稳定性， 且便于光路中设备的安装和光路的调 试。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115372313 A 2022.11.22 CN 115372313 A 1.一种基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述光路包括激光测量单元和光路反 射单元， 所述激光测量单元包括测量激光器、 指示激光器、 合束器、 离轴抛物 面镜和探测器， 所述光路反射单元包括回射器； 其中， 所述测量激光器， 用于发射测量激光信号； 所述指示激光器， 用于发射指示激光信号； 所述合束器， 用于将所述测量激光信号和所述指示激光信号 合并， 得到合并激光信号； 所述离轴抛物面镜， 具有第 一开孔， 其中， 所述合并激光信号通过所述第 一开孔后在待 测气体中传输； 所述回射器， 用于对通过所述待测气体的合并激光信号进行反射， 得到反射激光信号， 其中， 所述反射激光信号沿所述合并激光信号的光路返回至所述离轴 抛物面镜， 并经所述 离轴抛物面镜聚焦， 得到聚焦信号； 所述探测器， 用于将所述聚焦信号 转换成电信号。 2.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述测量激光器采 用带间级联激光器ICL或者量子级联激光器QCL， 所述指示激光器采用532nm激光器或者 632nm激光器。 3.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述回射器包括空 心角反射镜， 所述空心角反射镜包括第一镜面、 第二镜面和 第三镜面， 其中， 所述第一镜面、 所述第二镜面和 第三镜面两两相互垂直， 且合并激光信号的光路落在三镜面形成的空心角 内。 4.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述合束器与所述 测量激光信号、 所述指示激光信号的夹角均为 45°。 5.根据权利要求4所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述合束器包括二 向色镜， 所述 二向色镜的两个镜面之间的夹角为预设角度， 所述 二向色镜用于： 对所述测量激光信号透射， 对所述指示激光信号反射； 或者， 对所述测量激光信号反射， 对所述指示激光信号透射。 6.根据权利要求5所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述二向色镜采用 ZnSe或CaF2作为基底材 料， 所述基底材 料表面设有镀膜。 7.根据权利要求4所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述合束器包括反 射镜， 所述反射镜具有第二 开孔， 所述第二 开孔与所述第一 开孔平行。 8.根据权利要求7所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述第二开孔的直 径小于所述第一 开孔的直径。 9.根据权利要求1 ‑8中任一项所述的基于TDLAS技术的检测光路， 其特征在于， 所述测 量激光器、 所述离轴 抛物面镜和所述回射器的设置位置， 根据所述指示激光信号经合束器 后的照射 位置和方向确定 。 10.一种基于TDLAS技 术的检测系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 根据权利要求1 ‑9中任一项所述的检测光路； 上位机， 与所述检测光路中的探测器连接， 用于根据所述电信号得到所述待测气体的 浓度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115372313 A 2基于TDLAS技术的检测光路和检测系统 技术领域 [0001]本发明涉及气体检测技术领域， 特别涉及一种基于TDLAS技术的检测光路和检测 系统。 背景技术 [0002]中红外TDLAS （Tunable  Diode Laser Absorption  Spectroscopy， 可调谐半导体 激光吸收光谱） 技术是一种基于气体分子中红外波段的基频振动吸收， 利用二极管激光器 的波长可调谐特性， 高分辨地获得被测气体特征吸收光谱， 从而对目标气体进行定量分析 的一种光谱检测技术。 中红外TDLAS技术以其高灵敏度、 高选择性、 实时在线等特性逐渐应 用于工业中各成分的浓度检测。 [0003]相关技术在测量加热炉 中气体成分时， 一般将测量装置安装在加热炉炉壁上， 但 加热炉中温度高达数百甚至上千度， 安装在加热炉壁上的探测光路由于炉壁的热不稳定 性， 造成光路抖动比较严重。 并且， 中红外探测器感光面较小 （一般在1mm2， 大尺寸中红外探 测器价格非常昂贵） ， 经常出现光路偏移的情况， 严重影响了系统的稳定运行。 在利用中红 外TDLAS技术测量气体时， 由于所用的激光器出射中红外光不在可见光范围内， 且出射光功 率低 （通常只有几个毫瓦） ， 低功率的中红外光检测非常困难 （一般的热敏检测卡对低功率 中红外光不响应或响应较弱， 不容易观察） ， 在系统安装或光路跑偏调试时无法直观地看到 光斑照射方向和位置， 给设备的安装和光路的调试造成很大困扰。 发明内容 [0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。 为此， 本发明的 目的在于提出一种基于TDLAS技术的检测光路和 检测系统， 以提高测量系统在振动环境下 的稳定性， 且方便光路中设备的安装和光路的调试。 [0005]为达到上述目的， 本 发明第一方面实施例提出了一种基于TD LAS技术的检测光路， 所述光路包括激光测 量单元和光路反射单元， 所述激光测 量单元包括测 量激光器、 指示激 光器、 合束器、 离轴抛物面镜和探测器， 所述光路反射单元包括回射器； 其中， 所述测量激光 器， 用于发射测量激光信号； 所述指示激光器， 用于发射指示激光信号； 所述合束器， 用于将 所述测量激光信号和所述指示激光信号合并， 得到合并激光信号； 所述离轴抛物面镜， 具有 第一开孔， 其中， 所述合并激光信号通过所述第一开孔后在待测气体中传输； 所述回射器， 用于对通过所述待测气 体的合并激光信号进 行反射， 得到反射激光信号， 其中， 所述反射激 光信号沿所述合并激光信号的光路返回至所述离轴抛物面镜， 并经所述离轴抛物面镜聚 焦， 得到聚焦信号； 所述探测器， 用于将所述聚焦信号 转换成电信号。 [0006]另外， 本发明上述实施例的基于TDLAS技术的检测光路还可以具有如下附加的技 术特征： 根据本发明的一个实施例， 基于TD LAS技术的检测光路还包括： 所述测量激光器采 用带间级联激光器ICL或者量子级联激光器QCL， 所述指示激光器采用532nm激光器或者说　明　书 1/5 页 3 CN 115372313 A 3