(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 202211033407.5 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 上海翼捷工业 安全设备股份有限公 司 地址 201114 上海市闵行区陈行公路238 8 号17幢501室 (72)发明人 何虎　张杰　许晴　于海洋　 李蕾鸣　张敏敏　 (74)专利代理 机构 上海智信专利代理有限公司 31002 专利代理师 王洁 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器 (57)摘要 本发明涉及一种基于直接吸收法的激光甲 烷气体传感器， 其中所述的气体传感器包括激光 器、 反射镜和探测器， 所述的激光器、 反射镜和探 测器形成一条单光路， 所述的激光器发出激光光 束， 所述的反射镜反射和聚焦激光光束， 并将激 光光束聚焦后发散投射到所述的探测器上。 采用 了本发明的基于直接吸收法的激光甲烷气体传 感器， 由于其中通过特殊设计的光路结构， 实现 单次反射， 且装调简单。 特殊处理的反射面采用 氧化发黑处理， 减少了 反射面落灰等对光信号的 干扰， 同时采用的传感器信号计算算法简单， 能 够降低数据处 理负担， 节省成本 。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115266625 A 2022.11.01 CN 115266625 A 1.一种基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的气体传感器包括 激光器、 反射镜和探测器， 所述的激光器、 反射镜和探测 器形成一条单光路， 所述的激光器 发出激光光束， 所述的反射镜反射和聚焦激光光束， 并将激光光束聚焦后发散投射到所述 的探测器上。 2.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 反射镜的反射 面为具有球面特 征的凹面镜， 且所述的反射 面经过氧化发黑处 理。 3.根据权利要求2所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 反射镜为铝合金反射镜 。 4.根据权利要求2所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 反射镜的反射面的球心处于特定位置， 该特定位置为入射光线 ‑反射光线的角平分线和激 光器‑探测器的中垂线的交点。 5.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 激光器内部封装有TEC芯片和热敏电阻， 所述的激光器的激光器芯片为DFB芯片， 所述的热 敏电阻和激光器芯片贴装在TE C芯片表面， 所述的TE C芯片为半导体制冷或制热器件。 6.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 激光器在工作温度为25℃， 工作电流为30mA时， 激光波长的范围为1651～1654nm， 光功率的 范围为5～10mW。 7.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 探测器为 InGaAs芯片， 所述的I nGaAs芯片的响应光谱范围为90 0～1700nm。 8.根据权利要求7所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 探测器通过真空封装， 或通过一定浓度的甲烷气体封装， 即在探测 器的管帽内封装有10％ ～20％LEL的 甲烷气体。 9.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述的 气体传感器还包括反射镜支架和加热器， 所述的反射镜支架内部为中空结构且表面经过喷 砂和氧化发黑处理， 所述的反射镜支架用于固定所述的反射镜， 所述的加热器位于所述的 反射镜支 架的中空位置处， 用于对反射镜支 架进行加热。 10.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述 的气体传感器还包括传感器底座， 所述的传感器底座布置有PCB电路板， 所述的PCB电路板 尾部设置有通讯线缆。 11.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述 的气体传感器还 包括壳体， 所述的壳体内部设置有高密度的席型网。 12.根据权利要求1所述的基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 其特征在于， 所述 的气体传感器通过处理数据得到静默信号C、 吸收峰信号A和拟合 非吸收信号B， 并通过计算 比例系数 K进而确定甲烷浓度， 具体为： 根据以下公式计算比例系数 K： K＝(B‑C)/(A‑C) 其中， A为工作时段信号的吸收峰位置的信号值， B为到达A点时刻拟合曲线对应的取 值， C为静默时段的平均信号 值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115266625 A 2基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器 技术领域 [0001]本发明涉及 一种气体传感器， 具体涉及一种基于直接吸收法的激光甲烷气体传感 器。 背景技术 [0002]甲烷在自然界中分布广泛且具有较高的燃烧热， 因此是使用最为广泛的燃气， 同 时也是重要的化工原料。 但同时甲烷具有较低的爆炸下限(5％vol)， 遇火容易发生爆炸事 故。 据统计每年瓦斯(甲烷)爆炸约占特大事故总数的70％左右， 因此瓦斯又被称为煤矿灾 害之王。 另外甲烷也是一种温室气 体， 同量甲烷的温室效应是二氧化碳的二十多倍。 所以不 管是从减少安全事故的角度还是控制温室效应的角度考虑， 我们都应该严格监控甲烷浓 度。 目前， 新修订后的 《安全生产法》 第36条已明确规定： “餐饮等行业的生产经营单位使用 燃气的， 应当安装可燃气体报警装置， 并保障其正常使用。 ”可见全社会已经越来越重视甲 烷的检测。 而传统的电化学及半导体甲烷传感器虽然有价格低廉的优势但也具有气 体选择 性差易受干扰的缺点。 近年来基于NDIR原理的红外甲烷传感器和基于TDLAS技术的激光甲 烷传感器越来越收到重视。 相 较于红外甲烷传感器， 激光甲烷传感器具有更好气体选择性 好， 对空气湿度不敏感的优势， 但其较高的价格阻碍 了市场普及程度。 [0003]专利CN 107991238  A 《一种激光甲烷传感器》 经过3次光路反射形成了M形 的光路 结构， 但该结构存在实际光路调教过于困难的情况。 由于光路反射中存在两倍关系(反射面 倾斜1度则反射光线改变2度)， 光路经过多次反射后， 比较容易造成光线 无法覆盖探测器的 情况。 这就要求零件加工及 装配过程保持很高的精度， 否则很难保持较好的良率， 这样也就 带来了加工成本过高的特点。 发明内容 [0004]为了解决上述问题， 本发明采用特殊设计的光路结构， 特殊 处理的反射面， 提供了 一种基于直接吸 收法的激光甲烷气体传感器。 [0005]本发明的该基于直接吸收法的激光甲烷气体传感器， 所述的气体传感器包括激光 器、 反射镜和探测 器， 所述的激光器、 反射镜和探测器形成一条单光路， 所述的激光器发出 激光光束， 所述的反射镜反射和聚焦激光光束， 并将激光光束聚焦后发散投射到所述的探 测器上。 [0006]较佳地， 所述的反射镜 的反射面为具有球面特征的凹面镜， 且所述的反射面经过 氧化发黑处 理。 [0007]较佳地， 所述的反射镜为铝合金反射镜 。 [0008]较佳地， 所述的反射镜的反射面的球心处于特定位置， 该特定位置为入射光线 ‑反 射光线的角平分线和激光器 ‑探测器的中垂线的交点。 [0009]较佳地， 所述的激光器为使用球透镜 的TO真空封装形式， 该封装的优势为可以将 激光器芯片原始的高发散角的光束进 行扩束和准直， 使得经过激光器透镜出射的光为准平说　明　书 1/5 页 3 CN 115266625 A 3