(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 202210512210.3 (22)申请日 2022.05.12 (71)申请人 太原科技大 学 地址 030024 山西省太原市万柏林区窊流 路66号 (72)发明人 李传亮　邱选兵　郭古青　杨天悦　 (74)专利代理 机构 山西科汇联创知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 14126 专利代理师 张雪芳 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/03(2006.01) G01N 21/39(2006.01) G01M 3/38(2006.01) (54)发明名称 一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装 置及方法 (57)摘要 本发明公开了无损西林瓶泄露检测技术领 域的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装 置及方法， 箱 体外壳的内腔中嵌入安装有激光驱 动电路和调制与解调电路， 所述激光探测组件包 括弧形设备定位板、 定位板固定架、 多光程池、 探 测器、 激光器和准直器， 利用可调谐半导体激光 光谱技术， 通过设计好的小型化多光程池， 对西 林瓶内气体进行检测， 实现高精度、 快速、 在线检 测等优点基于可调谐半导体激光光谱技术的方 法， 解决了传统西林瓶检测技术破坏样品， 无法 定量测量， 无法在线测量等问题； 基于矢量计算 的方法， 可根据西林瓶的尺寸信息定制适合的小 型化多光程池， 解决了激光单程检测光程过短， 灵敏度低的问题。 权利要求书4页 说明书10页 附图5页 CN 115266579 A 2022.11.01 CN 115266579 A 1.一种小型化多光 程池的西林瓶泄 露检测装置， 其特 征在于： 包括， 西林瓶检测机构， 其包括箱体外壳、 主控制面板、 电源、 翻转箱 门、 维护箱门、 西林瓶传 动组件和激光探测组件， 所述箱体外壳的前端安装有主控制面板， 主控制面板下方装有维 护箱门， 且箱体外壳的侧面有翻转箱门， 所述翻转箱门的表 面设置有操作握把， 西林瓶传动 组件的出入端穿过箱体外壳置 于内腔中， 箱体外壳的内腔中嵌入安装有激光驱动电路和调制与解调电路， 所述激光探测组件包 括弧形设备定位板、 定位板固定架、 多光程池、 探测器、 激光器和准直器， 所述多光程池安装 在弧形设备定位板上通过定位板固定架与待测样品托盘相固定 。 2.根据权利要求1所述的一种 小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征在于： 所 述西林瓶传动组件包括待测样品托盘、 合格品托盘、 不合格品托盘和传动齿轮， 传动齿轮带 有调节握把。 3.根据权利要求1所述的一种 小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征在于： 所 述多光程池包括前腔盖、 后 腔盖、 入射端反射镜和出射端反射镜， 其中入射端反射镜和出射 端反射镜的镜面上打有位置不同的入射/出射孔， 且为沉头孔， 所述前腔盖后端 带有用于调 节角度的螺 丝与对丝 。 4.根据权利要求1所述的一种 小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征在于： 所 述箱体外壳的底部设有移动滚轮， 所述准直器与前腔盖相连， 准直器后端带有用于调节角 度的螺丝与对丝 。 5.根据权利要求1所述的一种 小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征在于： 所 述激光器采用可调谐半导体激光器， 所述箱体外壳 内壁做涂黑处 理。 6.根据权利要求1所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法， 其特征 在于： 所述激光 驱动电路包括 温度控制模块和电流控制模块， 其中温度控制模块采用TEC温 控芯片， 电流控制模块采用反馈放大电路， 所述调制与解调电路包括信号产生模块、 探测器 接收模块和解调模块， 其中信号产生模块包含正弦信号产生； 探测器接 收模块包含信号多 级放大； 解调模块对输入信号进行解调。 7.根据权利要求1 ‑6任一所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征 在于： 还包括一种小型化多光 程池的西林瓶泄 露检测装置的方法， 具体包括以下步骤： 步骤S1： 打开电源， 将装有标准气的西林瓶 通过西林瓶传动组件放入多光 程池内； 步骤S2： 使用触控显示屏打开激光器进行 校准与标定； 步骤S3： 关闭激光器， 将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件中取出并将待测西 林瓶样品放入多光 程池内； 步骤S4： 使用触控显示屏打开激光器， 通过触控显示屏观察待测西林瓶内气体浓度信 息。 8.根据权利要求7所述的一种 小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征在于： 采 集西林瓶内气体浓度的具体过程为： 使用可调谐半导体激光器作为光源， 利用激光驱动电 路调节驱动温度与电流来扫描不同的光谱范围， 使调制解调电路产生三角波信号叠加正弦 波信号形成调制 信号提供给激光驱动器， 激光通过多光程池与西林瓶后由探测器接收并传 输给锁相放大器调制与解调电路进行解调， 解调后的2f信号通过与浓度间的关系得到待测 西林瓶内的气体浓度信息并传输给触控显示屏。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115266579 A 29.根据权利要求8所述的一种小型化多光 程池的西林瓶泄 露检测装置， 其特 征在于： 信号数据处 理的具体步骤为： 步骤一： 平均： 将对同一个待测西林瓶进行多次扫描探测后进行平均处理， 以平均 得到 的2f信号作为探测信号； 步骤二： 去背景： 测定箱体 内部的无待测西林瓶条件下的扫描信号， 将步骤一得到的扫 描信号减去 背景信号； 步骤三： 卡尔曼 滤波： 利用卡尔曼 滤波的方法将步骤二得到的2f探测信号进行 滤波。 10.根据权利要求7所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置， 其特征在于： 根据西林瓶尺寸信息设计多光 程池的矢量计算方法： 步骤1： 首先， 要使多光程池内光束被完全束缚在腔体内稳定传播， 需要满足光腔的稳 定条件： 0＜g1·g2＜1 其中 式中， g1、 g2为共轴球面腔的几何参数； L为两反射镜间的距离； R1、 R2为两反射镜的曲率 半径， 默认使用两相同反射镜， 曲率半径为R， 步骤2： 由于西林瓶壁为柱面， 横向传播会产生几何偏折损耗， 因此要使光路分布与西 林瓶纵向平行， 通过将y轴方向上的入射角度α 设为0度来实现； 步骤3： 光束经过n次反射后， 相邻两点Mn‑1(xn‑1,yn‑1,zn‑1)与Mn(xn,yn,zn)间的单程距离 为dn， 可用下式表示： 其中， an， bn， cn为光束在第n次反射时， 分别在x， y， z轴上的方向 向量； 步骤4： 根据反射镜的曲率半径R以及反射镜与对称轴的相对位置r可 得到曲面方程： 步骤5： 通过选取x， y， z其中一个方向， 将直线方程与曲面方程联立求解， 便可得到其位 于轴上的坐标位置， 下式以y轴方向为例： 其中 步骤6： 由于光束通过西林瓶时会受到瓶壁厚度t的影响， 光束发生折射并在z方向上会权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115266579 A 3