一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构及测量方法

摘要

本发明提供了一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构及测量方法，属于光电分析领域，包括主镜筒和探测器固定筒，主镜筒内安装有主镜，探测器固定筒内沿着光路方向依次同轴安装有双凹透镜、窄带通滤光片、滤光片垫片、次镜和探测器；探测器固定筒设置双凹镜的一端与主镜筒嵌入连接。本发明符合目前手持遥测设备的紧凑型结构要求，提高了光机结构的利用率。本发明选用双凹透镜，提高了滤光片入射光的平行度，选用窄带通滤光片，提高了测量光的透过率，提高光学信噪比，增加了整机设备的检测距离，相较于单透镜长焦距系统，不仅提高了滤光片入射光的平行度，还保证了设备的整体尺寸。

说明书

技术领域

本发明涉及光电分析，特别涉及基于光谱技术的一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构及测量方法、

背景技术

在光谱检测技术中，手持设备如激光甲烷遥测仪，必须有一主镜接收反射回来的测量光，主镜将测量光聚焦到光电探测器的光敏面上。由于光电探测器响应的光谱范围广，造成有大量其他波长的杂光也聚焦到探测器上，因此需要杂光滤除元件，例如滤光片。滤光片分为吸收式和反射式，吸收式滤光片对光线透过率低，对中心波段的透过率一般为50％-60％，会同时降低杂光和测量光的光强；反射式滤光片包括宽带通和窄带通滤光片，宽带通的中心波段范围较宽，杂光透过率就相对较高，而窄带通滤光片中心波段范围较窄，杂光滤除能力强。但是反射式滤光片具有极高的角度敏感性，对垂直入射的平行光透过率可达到90％以上，入射角度倾斜时，滤光片的中心波段会向低波段偏移，造成目标波段透过率降低。在检测目标泄漏气体时，需要在降低杂光光强的同时，尽可能增大测量光光强，以增加整机设备的探测距离。

传统的激光甲烷遥测仪设备应用滤光片的方式，有的选择使用吸收式滤光片来降低杂光光强，但会使设备整机检测距离缩短；有的选择增宽滤光片的中心波段，来解决滤光片入射光不平行的问题，但这样会造成光电探测器接收的杂光增强，提高了测量光的光学信噪比，影响整机检测限及探测距离；初始光学结构如图1所示，滤光片的入射光线倾角较大，会造成滤光片中心透过波段的偏移。一般地，这种结构会采用宽带通的滤光片，但这样会导致太阳光或其他杂光滤除效果不佳，进一步导致光信号噪声过大，整机测量距离缩短。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构及测量方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的1，本发明采用如下技术方案：

一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构，包括主镜筒和探测器固定筒，所述主镜筒内安装有主镜，所述探测器固定筒内沿着光路方向依次同轴安装有双凹透镜、窄带通滤光片、滤光片垫片、次镜和探测器；探测器固定筒设置双凹透镜的一端与主镜筒嵌入连接。

优选地，主镜为非球面透镜，朝向探测器的一端为平面，朝向光路来向的一端为凸面，用于聚焦反射回来的光线。

优选地，次镜为非球面透镜，朝向双凹透镜的一端为平面，朝向探测器的一端为凸面，用于将光线聚焦到探测器上。

优选地，探测器为铟镓砷光电探测器，用于将接收到的光信号转换为电信号。

优选地，主镜、双凹透镜、窄带通滤光片、次镜和探测器同轴安装，窄带通滤光片用于滤除杂光，双凹透镜焦距为负值，体积小，调试简单，用于光路结构中，能够扩散汇聚光束，转换平行光，且不会对光路系统产生干扰，容易获得，成本低廉。

优选地，主镜筒和探测器固定筒之间通过紧固螺母固定连接。

为了实现上述目的2，本发明采用如下技术方案：

一种用于激光甲烷遥测仪的测量方法，采用一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构，包括如下步骤：

S1、主镜接收并汇聚光线，光线包括杂光及测量光；

S2、通过调整双凹透镜的位置，使双凹透镜将经主镜汇聚来的光线扩散成平行光；

S3、平行光垂直入射到窄带通滤光片上，窄带通滤光片有最大的中心波段透过率，滤除杂光；

S4、穿过窄带通滤光片的平行光由次镜汇聚到焦点；

S5、铟镓砷光电探测器接收来自次镜的聚焦光线，由光信号转成电信号。

本发明带来的有益技术效果：

1、本发明选用窄带通滤光片，提高了测量光的透过率，降低了光学信噪比，增加了整机设备的检测距离。

2、本发明增设了双凹透镜，相较于单透镜长焦距系统，不仅提高了滤光片入射光的平行度，还保证了设备的整体尺寸，保证了设备的便携性。

3、使光学系统的焦距增长，合理紧缩视场，减小杂散光的通光量。

采用了本发明提出的新型光路结构的激光甲烷遥测仪，创造性地将双凹透镜应用在遥测仪光路结构上，使得光线经过双凹透镜转变成平行光，保证了反射式滤光片的高透过率，提高了光学信噪比，改善了整机性能。

附图说明

图1为现有技术光路结构示意图；

图2为本发明提出的新型光路结构剖面图；

图3为本发明提出的新型光路结构示意图；

其中，1-主镜；2-双凹透镜；3-滤光片；4-次镜；5-探测器；6-探测器固定筒；7-滤光片垫片；8-紧固螺母；9-主镜筒；10-窄带通滤光片；11-铟镓砷光电探测器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图2所示，一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构，包括主镜筒9和探测器固定筒6，主镜筒9内安装有主镜1，探测器固定筒6内沿着光路方向依次同轴安装有双凹透镜2、窄带通滤光片10、滤光片垫片7、次镜4和铟镓砷光电探测器11；探测器固定筒6设置双凹透镜的一端与主镜筒9嵌入连接。

具体地，主镜1为非球面透镜，朝向铟镓砷光电探测器11的一端为平面，朝向光路来向的一端为凸面。

具体地，次镜4为非球面透镜，朝向双凹透镜2的一端为平面，朝向铟镓砷光电探测器11的一端为凸面。

具体地，主镜1、双凹透镜2、窄带通滤光片10、次镜4和铟镓砷光电探测器11同轴安装。

具体地，主镜筒9和探测器固定筒6之间通过紧固螺母8固定连接。

如图3所示，一种用于激光甲烷遥测仪的测量方法，采用一种用于激光甲烷遥测仪的新型光路结构，包括如下步骤：

S1、主镜1接收并汇聚光线，光线包括杂光及测量光；

S2、通过调整双凹透镜2的位置，使双凹透镜2将经主镜1汇聚来的光线扩散成平行光；

S3、平行光垂直入射到窄带通滤光片10上，窄带通滤光片10有最大的中心波段透过率，滤除杂光；

S4、穿过窄带通滤光片10的平行光由次镜4汇聚到焦点；

S5、铟镓砷光电探测器11接收来自次镜4的聚焦光线，由光信号转成电信号。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。