[发明专利]用于热电堆探测器的共光路发射接收装置

说明书

本发明公开了一种用于热电堆探测器的共光路发射接收装置，包括激光发射单元、聚光接收单元、旋转底座(11)、支撑双臂(12)，所述的聚光接收单元包括菲涅尔透镜(1)、多级反射器(2)、匀光棒(3)，所述的激光发射单元包括第一转角器(4)、限束光阑(5)、第二转角器(6)，激光器(7)和热电堆探测器(8)分别安装在发射室(9)和接收室(10)内并可进行拆卸，所述各组件均通过封装壳体及相应支撑部件拼装而成。本发明采用菲涅尔透镜与多级反射镜组成的折‑反二次聚光系统，增大对回波光线的光学接收效率，并采用光束发射接收一体化的共光路结构形式，大大地降低了系统复杂性，使结构简单紧凑，制造成本低廉。

技术领域

本发明涉及光学设计及红外检测领域，具体的是一种用于热电堆探测器的共光路发射接收装置。

背景技术

随着管道输送行业快速发展，长线输气管道的安全性的越来越受到重视，管道泄漏检测技术是管道安全稳定运行的重要保证。基于近红外半导体吸收光谱技术的激光检测方法与传统检测方法相比较具有灵敏度高、响应时间快、选择性强等优势，并且可以结合车载或机载，被越来越多地应用于长线输气管道泄漏的遥感探测。

现在大部分地激光探测器的光学接收系统将来自远处反射靶的回波看作是与聚光透镜光轴平行的光线，当回波垂直入射到透镜时，只需将探测器的光感面面布置在聚光透镜的焦平面。然而在实际检测过程中，由于地物或管道的表面反射情形复杂以及激光回波会受到大气湍流的影响，反射过来的光线必然会与透镜光轴存在一定夹角。若单独使用折射式聚焦透镜作为聚光接收装置，由于入射光线偏角的存在造成焦点偏移，影响探测器光敏面接收效率，导致系统的探测灵敏度下降。

热电堆红外探测器是激光检测系统常用的一种激光探测装置，其对回波的响应只与所接收的激光功率有关，与被测波长无关，因此具有响应波段宽的优势，通过安装不同的滤光片即可实现对不同波长的激光探测，同时，可以在室温下工作，无需制冷。然而普通的热电堆红外探测器光敏面直径通常只有10mm，并且缺少相应的光学接收系统，将热电堆红外探测器用于红外检测系统中回波接受效率极低，在痕量气体检测过程中无法正常运行。

发明内容

为了实现激光发射与接收的一体化，本发明提供了一种用于热电堆探测器的共光路发射接收装置，该用于热电堆探测器的共光路发射接收装置采用菲涅尔透镜与多级反射镜组成的折-反二次聚光系统，增大对回波光线的光学接收效率，并采用光束发射接收一体化的共光路结构形式，大大地降低了系统复杂性，使结构简单紧凑，制造成本低廉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于热电堆探测器的共光路发射接收装置，包括聚光接收单元和激光发射单元；该聚光接收单元含有沿主光轴的正方向依次排列的菲涅尔透镜、多级反射器、匀光棒和热电堆探测器，多级反射器和匀光棒均为两端开放的筒状结构，多级反射器的内表面和匀光棒的内表面均为反射面，菲涅尔透镜的光轴、多级反射器的轴线和匀光棒的轴线均与该主光轴重合；该激光发射单元能够发射出与主光轴重合的激光束，该激光束的发射方向为主光轴的负方向。

菲涅尔透镜位于多级反射器的入口端内，菲涅尔透镜的焦点位于多级反射器的出口端，匀光棒的入口端与多级反射器的出口端对应连接。

多级反射器的入口端的内径大于多级反射器的出口端的内径，沿主光轴的正方向，多级反射器含有依次连接的第一段、第二段、第三段、第四段、第五段、第六段、第七段、第八段和第九段。

第一段的内表面呈圆柱形结构，第二段、第三段、第四段、第五段、第六段、第七段和第八段的内表面呈圆柱台形结构，第二段、第三段、第四段、第五段、第六段、第七段和第八段的出口端的内径依次减小。

第九段为抛物线以主光轴为轴旋转形成的回转面；该抛物线所对应的方程为：f(X)＝-0.009496X²-0.0331X+11.41；在该方程中，X∈[0，24]。