[发明专利]一种烟度检测光学系统及其方法

说明书

本发明公开了一种烟度检测光学系统及其方法，属于气体烟度检测技术领域。该系统包括光源部分、分光部分和检测部分；光源部分包括沿光照方向依次设置发光元件、一次准直镜、汇聚透镜和二次准直镜；分光部分包括多片分光镜，分光镜设置于可接受所述发光元件发出并透过二次准直镜的光束，且多片所述分光镜可将所述光束均分为多道平行光束；检测部分用于接收所述多道平行光束，并检测所述多道平行光束的光谱。该方法是先通过光源部分进行聚光，再通过分光部分将光分成多束，最后检测部分对多束光进行检测得到结果。本发明通过准直镜、汇聚透镜和分光镜的组合，提高光强的同时降低分光所造成的二次误差，达到检测端接受的光强度，提高检测精度。

技术领域

本发明属于气体烟度检测技术领域，更具体地说，涉及一种烟度检测光学系统及其方法。

背景技术

随着世界经济的发展，环境污染日益严重，对于空气质量的检测和治理成为焦点问题。利用光谱特性分析大气成分的技术已广泛应用于大气痕量气体检测、工业过程控制、城市污染源排放监控等领域，因此开发出能精确、实时测量空气气体浓度的装置具有重要意义。

为了提高吸收光谱技术对低浓度气体的检测灵敏度，增加光束穿过气体样品的长度是一种有效的方法。显然，单纯将光源与探测器位置远离，使光束穿越一个非常直长的透射型气体样品池，会使装置笨重、准直复杂、抗震性能差，一个常用的直接方法是增加光通过被测气体的光程长度，从而产生更强的吸收。传统的长程吸收池设计主要有：波导型、积分球型、Chernin型等类似结构。总体来看，该类长程吸收池的设计上存在镜面有效面积利用率低的缺陷，从而很难实现在小型化结构中获得较高的反射次数。同时空气检测装置的分光结构也存在很大的改进空间，难以避免现有分光结构的不同分光片叠加后造成的二次误差。

现有技术中关于气体成分检测的方案较多，例如，中国专利申请号为：201110098658.7，公开日为：2011年11月23日的专利文献，公开了一种机动车尾气监测系统的在线监测方法，包括以下步骤：步骤A，测量系统的背景光谱、紫外通道参考光谱、红外通道参考光谱；步骤B，当检测到有机动车遮挡住紫外通道和红外通道的光线时，主控制单元开始获取经过该机动车所排放的尾气吸收过的紫外光信号和红外光信号，并根据预存的背景光谱、紫外通道参考光谱、红外通道参考光谱计算尾气成分。该方案通过紫外和红外两个通道来监测机动车尾气中相应气体成分的含量，可实现无人值守全自动在线监测，掌握机动车在行驶过程中尾气真实排放情况，方便对重度污染车辆进行即时治理，整个监测系统具有在线校准、实时性、监测效率高、无人值守、连续运行的优点。但是，其专门针对机动车尾气成分进行检测，并不涉及空气中烟气浓度检测，而且其使用了紫外光和红外光对尾气进行穿透，普通光源无法实现检测。

又如，中国专利申请号为：201310348019.0，公开日为：2013年11月27日的专利文献，公开了一种透射式烟度计的光学平台，该平台包括风机、检测管道、气室管道和光电检测单元，风机、检测管道的两个侧壁分别设有烟气进气口和观察口，光电检测单元包括支座、准直透镜、汇聚透镜和光电二极管，检测管道的外侧壁设有第一分支气流管路和第二分支气流管路，第一分支气流管路的气流入口连接风机出口，第一分支气流管路和第二分支气流管路延伸至支座，并在汇聚透镜与观察口之间设有气流出口，气流出口连接设有第二分支气流管路，第二分支气流管路连接所述的第一分支气流管路。该方案由于在靠近准直透镜和汇聚透镜的表面形成稳定的气流漩涡，可以有效减少含有油气的发动机排放烟气和透镜表面直接接触，表面清洁周期可以大大延长，并不是用于对于烟气成分进行检测。

发明内容

1、要解决的问题

本发明提供一种烟度检测光学系统，其目的在于解决现有采用吸收光谱进行烟气浓度检测的方式，光强不够、反射镜面利用率低、分光误差较大等问题。本发明的烟度检测光学系统通过准直镜、汇聚透镜和分光镜的合理组合，在提高光强的同时，降低分光所造成的二次误差，从而达到增强检测端接受光信号强度，提高检测精度。