用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置
技术领域
本实用新型涉及激光检测领域，具体涉及用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置。
背景技术
激光甲烷遥测仪采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),可以对一定距离内的甲烷气体进行检测。激光甲烷遥测仪不需要将探头置于有燃气的环境中,而是由设备发出激光光束,激光穿越管道或者设施上方空间,射到另一端的物体上,被物体反射回至接收器,进而被转换成电信号,这些信号用来分析甲烷的浓度,激光甲烷遥测仪可达到极高的检测精度,这一波长的光只被甲烷吸收,因此只对甲烷有反应,不受其他气体的影响,大大提高了检测的准确性。使用激光甲烷遥测仪,操作人员不用置身危险环境当中,既保护了检测人员的安全,也可远距离对架空管道巡检,提高了检测效率。所以激光甲烷遥测仪在目前天然气泄漏检测行业中广泛的被使用。
现有的激光甲烷遥测仪用于接收的光学结构一般是通过一个平凸透镜聚光，用一个光电二极管放在平凸透镜的聚光焦点上。通常光学结构中采用的平凸透镜，一般都大于直径50毫米，在这个口径基础下，平凸透镜焦距越长透镜本身的厚度越薄，焦距越短透镜本身的厚度越厚，通常的光学结构为了使得光学结构整体的大小较小，采用了短焦距平凸透镜，这样透镜本身的厚度特别厚，可达十五到二十五毫米，这样光学结构中平凸透镜本身的重量很大，导致最终激光甲烷遥测仪成品不轻便。为了轻便会采用长焦距平凸透镜，这样透镜的重量很轻，但是光学结构整体长度会在100毫米左右，导致最终激光甲烷遥测仪成品体积很大。以上两种方案都是一般物理规律很难在平凸透镜作为聚光透镜主镜的基础上满足重量和体积的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置，该光线接收装置结构简单新型，接收激光效果好，安装维护方便。
本实用新型为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置，包括第一光接收壳和设在第一光接收壳内的聚光机构，第一光接收壳的下端连接有第一光发射壳，第一光发射壳内设有发光机构；聚光机构包括反射主镜、次反射镜、取光场镜和光电二极管，反射主镜连接在第一光接收壳的后部内，第一光接收壳的中部内设置有场镜固定架，取光场镜设置在场镜固定架的中部上，光电二极管连接在取光场镜和反射主镜之间的场镜固定架上；第一光接收壳的前部内设置有次镜固定架，次反射镜固定在次镜固定架的中部上，反射主镜、次反射镜、取光场镜和光电二极管各自的中心位于同一中心轴线上。
优选的，所述第一光接收壳为前端开口的圆形壳；反射主镜包括第一铝板，第一铝板连接在第一光接收壳的后内端面上，第一铝板呈圆形板状，第一铝板的前端面为凹面，第一铝板的前端面上设置有第一镀金膜。
优选的，所述场镜固定架包括第一圆环，第一圆环连接在第一光接收壳的中部内，第一圆环的内侧通过两个第一支杆连接有第一镜片定位块，第一镜片定位块位于第一圆环的中心处。
优选的，所述第一镜片定位块呈圆柱块状，第一镜片定位块的前端面上开设有第一阶梯孔，第一镜片定位块的后端面上开设有第一安装孔，第一阶梯孔和第一安装孔相连通；取光场镜安装在第一阶梯孔的前部内，光电二极管设置在第一安装孔内。
优选的，所述取光场镜为凸透镜；取光场镜的前端面为凸面，取光场镜的后端面为平面；取光场镜的前端面上设置有增透膜层。
优选的，所述次镜固定架包括第二圆环，第二圆环的内侧通过两个第二支杆连接有第二定位管，第二定位管位于第二圆环的中心处。
优选的，所述次反射镜安装在第二圆环内；次反射镜为凸面镜，次反射镜的前端面为平面，次反射镜的后端面为凸面，次反射镜的后端面上设置有第二镀金膜。
优选的，所述发光机构包括发射激光器和准直透镜，准直透镜连接在第一光发射壳的前部内，发射激光器连接在第一光发射壳的后部内。
本实用新型的有益效果是：
上述用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置，在口径大小一定的情况下，本方案的结构重量轻，长度短，便于设计成便携激光甲烷遥测仪。本申请中的光线接收装置的光学系统采用几次反射形成聚焦系统，这样的结构有利于遮挡系统视场外的太阳光，可以减弱太阳光对设备精度的影响。
附图说明
图1是用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置整体结构等轴测示意图。
图2是用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置整体结构剖视示意图。
图3是场镜固定架和次镜固定架位置关系示意图。
图4是场镜固定架整体结构示意图。
图5是反射主镜、次反射镜、取光场镜和光电二极管位置关系示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
实施例1
结合图1至图5，用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置，包括第一光接收壳1和设在第一光接收壳1内的聚光机构2，第一光接收壳1的下端连接有第一光发射壳3，第一光发射壳内设有发光机构4。
聚光机构2包括反射主镜21、次反射镜22、取光场镜23和光电二极管24，反射主镜21连接在第一光接收壳1的后部内，第一光接收壳1的中部内设置有场镜固定架5，取光场镜23设置在场镜固定架5的中部上，光电二极管24连接在取光场镜23和反射主镜21之间的场镜固定架5上。
第一光接收壳1的前部内设置有次镜固定架6，次反射镜22固定在次镜固定架6的中部上，反射主镜21、次反射镜22、取光场镜23和光电二极管24各自的中心位于同一中心轴线上。
第一光接收壳1为前端开口的圆形壳；反射主镜21包括第一铝板211，第一铝板21连接在第一光接收壳1的后内端面上，第一铝板21与第一光接收壳1的后内端面固连。第一铝板211呈圆形板状，第一铝板211的前端面为凹面，第一铝板211的前端面上设置有第一镀金膜212。
场镜固定架5包括第一圆环51，第一圆环51连接在第一光接收壳1的中部内，第一圆环51的内侧通过两个第一支杆52连接有第一镜片定位块53。第一镜片定位块53位于第一圆环51的中心处，两个第一支杆52关于第一圆环51的中心镜像对称设置。
第一镜片定位块53呈圆柱块状，第一镜片定位块53的前端面上开设有第一阶梯孔54，第一镜片定位块53的后端面上开设有第一安装孔55，第一阶梯孔54和第一安装孔55相连通。取光场镜23安装在第一阶梯孔54的前部内，光电二极管24设置在第一安装孔55内。
取光场镜23为凸透镜；取光场镜23的前端面为凸面，取光场镜23的后端面为平面；取光场镜23的前端面上设置有增透膜层。
次镜固定架6包括第二圆环61，第二圆环61的内侧通过两个第二支杆62连接有第二定位管63，第二定位管63位于第二圆环61的中心处。
次反射镜22安装在第二圆环内；次反射镜22为凸面镜，次反射镜22的前端面为平面，次反射镜22的后端面为凸面，次反射镜22的后端面上设置有第二镀金膜231。
发光机构4包括发射激光器和准直透镜41，准直透镜41连接在第一光发射壳3的前部内，发射激光器连接在第一光发射壳3的后部内。
实施例2
结合图1至图5，上述用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置在使用时，光线接收装置安装在激光甲烷遥测仪的主壳体7上。本申请中的光线接收装置采用卡塞格林光学结构实现对漫反射激光的接收和聚集，发射激光器发出的激光经过准直透镜41进入到需要检测甲烷的空气中，激光再经过任何反射面漫反射，激光以近似平行光入射到光线接收装置的反射主镜21上，箭头方向表示激光经过主镜聚光之后的光线走向。
反射主镜21把激光聚集到次反射镜22上，再经过次反射镜22的反射，激光将以近似平行光入射到取光场镜23之上，经过取光场镜23再一次聚光之后，所有接收的激光将聚集到光电二极管24上，光电二极管24把光信号转换成电信号，电信号经过处理会得到所测甲烷气体的浓度。
反射主镜21采用一个抛光镀膜的抛物面反射镜，次反射镜22采用一个抛光镀膜的球面凸反射镜，取光场镜23采用一个平凸透镜，光电二极管24放在场镜平凸透镜的焦点上。
本申请中的反射主镜21是用铝材质抛光镀膜的反射镜，主镜焦距一般在50毫米到80毫米之间，反射主镜21可以采用铝基材抛光，也可以采用光学玻璃抛光，镀膜一般采用镀铝膜，也可以采用镀金膜。反射主镜一般可以用抛物面，也可以采用球面。反射主镜一般使用轴对称旋转抛物面，也可以采用离轴抛物面。
本申请中的次反射镜可以采用铝基材或者光学玻璃基材抛光镀膜的反射镜，取光场镜采用镀增透膜的平凸透镜。本方案结构简单，采用的反射主镜是铝材质，加工好的反射主镜整体厚度在10毫米以内，整体重量较小，整体光学结构长度很短，整体长度在50毫米左右，能满足手持激光甲烷遥测仪的设计要求。本申请中的反射主镜也可以采用抛光镀膜的球面反射镜，次反射镜也可以采用抛光镀膜的非球面反射镜，取光场镜也可以采用非球面平凸透镜。
上述用于激光甲烷遥测仪的光线接收装置，在口径大小一定的情况下，本方案的结构重量轻，长度短，便于设计成便携激光甲烷遥测仪。本申请中的光线接收装置的光学系统采用几次反射形成聚焦系统，这样的结构有利于遮挡系统视场外的太阳光，可以减弱太阳光对设备精度的影响。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
