專利名稱：一種應(yīng)用icos技術(shù)的氣體分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體分析裝置，特別涉及一種應(yīng)用ICOS (Integrated Cavity Output Spectroscopy)技術(shù)的氣體分析裝置。
背景技術(shù)：
集成腔輸出光譜技術(shù)(ICOS， Integrated Cavity Output Spectroscopy)由于
具有測(cè)量光程長(zhǎng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在氣體分析領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。其 中，離軸集成腔輸出光譜技術(shù)(簡(jiǎn)稱OA-ICOS)還具有無需壓電陶瓷振動(dòng)等優(yōu) 勢(shì)。
D. S. Baer等人在論文(《Sensitive absorption measurements in the near-infrared region using off-axis integrated-cavity-output spectroscopy》 Los Gatos Research Applied Physics B 2002)中披露了一種應(yīng)用OA-ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，如 圖1所示，該分析裝置包括光源51、準(zhǔn)直透鏡52、高反腔53、會(huì)聚透鏡54、 探測(cè)器55和電子裝置56。所述光源51發(fā)出光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡52準(zhǔn)直變?yōu)楣獍咻^小 的平行光束，該光束從所述高反腔53的一端斜入射進(jìn)入所述高反腔53。高反腔 53由兩個(gè)反射率為R的高反腔鏡相對(duì)組成，光束在所述高反腔53內(nèi)來回反射， 并被通入高反腔53內(nèi)的被測(cè)氣體吸收，被吸收后的光束從所述高反腔53的另 一端射出，經(jīng)過所述會(huì)聚透鏡54會(huì)聚在所述探測(cè)器55上，探測(cè)器55把接收到 的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸?shù)剿鲭娮友b置56，經(jīng)過分析后得到被測(cè)氣體的 濃度等參數(shù)。對(duì)于反射率為R的反射鏡組成的高反腔，有效光程提高了l/(l-i ) 倍，如果采用99.99%反射率的反射鏡，腔長(zhǎng)為0.5米，則測(cè)量有效光程將被提高 10000倍達(dá)到5000米有效測(cè)量光程，顯著地提高了測(cè)量靈敏度。
LGR (LosGatosResearch)公司的產(chǎn)品和上述論文中的分析裝置相同，該 裝置可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量被測(cè)氣體的濃度等參數(shù)，但也有不足由于光源和探 測(cè)器置于高反腔的兩側(cè)，零部件較為分散，在安裝、調(diào)試、校準(zhǔn)和維護(hù)時(shí)較為 不便，如在調(diào)節(jié)光路時(shí)；也降低了裝置運(yùn)行的可靠性；同時(shí)也使裝置變得較為龐大，不夠緊湊。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)緊
湊、體積小、可靠性高的應(yīng)用icos技術(shù)的氣體分析裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案-
一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，包括光源、高反腔、會(huì)聚透鏡、探測(cè) 器和電子裝置，所述高反腔包括第一腔鏡和第二腔鏡；其特征在于所述光源、 會(huì)聚透鏡、高反腔和探測(cè)器的位置關(guān)系為光源發(fā)出的光束通過第一腔鏡入射
進(jìn)所述高反腔內(nèi)，入射方向與高反腔主軸間夾角為銳角，光束在高反腔內(nèi)來回 反射，之后通過所述第一腔鏡射出，經(jīng)過所述會(huì)聚透鏡后被所述探測(cè)器接收， 接收信號(hào)送所述電子裝置。
作為優(yōu)選，所述光源、高反腔設(shè)置在所述會(huì)聚透鏡的兩側(cè)。光源發(fā)出的光 束穿過所述會(huì)聚透鏡后進(jìn)入高反腔內(nèi)。
作為優(yōu)選，所述光源和會(huì)聚透鏡之間設(shè)置準(zhǔn)直，光源發(fā)出的光經(jīng)過所述準(zhǔn) 直透鏡、會(huì)聚透鏡的準(zhǔn)直后進(jìn)入高反腔內(nèi)。
所述分析裝置還包括反射面，所述光源發(fā)出的光經(jīng)反射面反射后進(jìn)入所述 高反腔。
作為優(yōu)選，所述反射面設(shè)置在所述會(huì)聚透鏡上。
作為優(yōu)選，所述會(huì)聚透鏡是平凸透鏡，所述反射面設(shè)置在平凸透鏡的平面 上，所述平面朝向所述高反腔。
所述會(huì)聚透鏡上設(shè)有通孔，所述光源設(shè)置在會(huì)聚透鏡的一側(cè)，所述高反腔 設(shè)置在會(huì)聚透鏡的另一側(cè)。
本實(shí)用新型的原理為所述光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直變?yōu)楣獍咻^小的平行光束， 該光束以與高反腔的主軸成銳角的方向并通過第一腔鏡入射進(jìn)入高反腔，光束 在所述高反腔內(nèi)來回反射，并被通入高反腔內(nèi)的被測(cè)氣體吸收，被吸收后的光 束先后從所述第一腔鏡射出，經(jīng)過所述會(huì)聚透鏡會(huì)聚在所述探測(cè)器上，探測(cè)器 把接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸?shù)剿鲭娮友b置，經(jīng)過分析后從而得到 被測(cè)氣體的濃度等參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型有以下有益效果-
入射光通過第一腔鏡入射進(jìn)高反腔，并通過第一腔鏡射出，使得整個(gè)分析 裝置的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單緊湊，減小了光學(xué)裝置安裝、調(diào)試和校準(zhǔn)的工作量和難度， 增加了可靠性，同時(shí)減小了分析裝置的體積。

圖1是一種現(xiàn)有的應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例1中氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例2中氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例3中氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例4中氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例5中氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳盡描述。
如圖2所示， 一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，包括光源l (采用半導(dǎo) 體激光器)、準(zhǔn)直透鏡ll、高反腔3、會(huì)聚透鏡25、探測(cè)器24和電子裝置4。
所述光源l、準(zhǔn)直透鏡ll、會(huì)聚透鏡25和探測(cè)器24安裝在接收腔2內(nèi)， 處在所述高反腔3的同一側(cè)；其中，光源l、準(zhǔn)直透鏡ll安裝位置偏離所述高 反腔3的主軸方向，以便使光源1發(fā)出的光與高反腔3主軸間的夾角是銳角。
探測(cè)器24和高反腔3處在會(huì)聚透鏡25相對(duì)的兩側(cè)，所述探測(cè)器24的輸出 端連接所述電子裝置4。
高反腔3由具有高反射率的第一腔鏡33和第二腔鏡34構(gòu)成；所述高反腔3 上設(shè)有進(jìn)氣口 32和出氣口 31 ，經(jīng)過處理后的潔凈的被測(cè)氣體被通入高反腔3內(nèi)。
上述氣體分析裝置的工作過程為-
所述光源1發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡11準(zhǔn)直后變?yōu)槠叫泄馐?，該光束通過第一 腔鏡33進(jìn)入所述高反腔3，入射光束以與所述高反腔3的主軸成銳角的方向入 射進(jìn)入高反腔3;
光束在高反腔3內(nèi)來回反射，并被通入高反腔3內(nèi)的被測(cè)氣體吸收；
5被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經(jīng)所述會(huì)聚透鏡25會(huì)聚后被所述 探測(cè)器24接收；
探測(cè)器24接收到的信號(hào)送所述電子裝置4，經(jīng)濾波、鎖相放大等處理后， 分析得到被測(cè)氣體的參數(shù)，如濃度。 實(shí)施例2:
如圖3所示， 一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，與實(shí)施例1中氣體分析 裝置不同的是
1 、所述光源1安裝在接收腔2的外部，所述接收腔2上，通光孔21 。 2、接收腔2內(nèi)設(shè)有反射面26;從而使光源1發(fā)出的光通過所述通光孔21
進(jìn)入所述接收腔2，并經(jīng)所述反射面26反射后穿過所述第一腔鏡33進(jìn)入所述高
反腔3內(nèi)。
上述氣體分析裝置的工作過程為
所述光源1所發(fā)出光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡11準(zhǔn)直后變?yōu)槠叫泄馐?，之后穿過所述通 光孔21進(jìn)入所述接收腔2，再經(jīng)過所述反射面26反射，以與所述高反腔3的主 軸成一銳角通過第一腔鏡33進(jìn)入高反腔3中；
光束在通有被測(cè)氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內(nèi)的被測(cè)氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經(jīng)所述會(huì)聚透鏡25會(huì)聚后被所述 探測(cè)器24接收；
探測(cè)器24接收到的信號(hào)送所述電子裝置4，經(jīng)分析后得到被測(cè)氣體的參數(shù)， 如濃度。 實(shí)施例3:
如圖4所示， 一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，與實(shí)施例2中氣體分析 裝置不同的是
1、 所述會(huì)聚透鏡為平凸透鏡23，且平面?zhèn)瘸蛩龈叻辞?。
2、 所述接收腔2內(nèi)不再單獨(dú)設(shè)置反射面26，而是在所述平凸透鏡23的平 面?zhèn)壬显O(shè)有反射面22:在平面?zhèn)鹊木植垮兎瓷淠ぃ粡亩构庠磍發(fā)出的光通過 所述通光孔21進(jìn)入所述接收腔2，并經(jīng)所述反射面22反射后穿過所述第一腔鏡33進(jìn)入所述高反腔3內(nèi)。
上述氣體分析裝置工作過程為
所述光源1所發(fā)出光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡11準(zhǔn)直后變?yōu)槠叫泄馐?，后穿過所述通光 孔21進(jìn)入所述接收腔2，再經(jīng)過設(shè)置在所述平凸透鏡23上的反射面22反射， 以與所述高反腔3的主軸成一銳角通過第一腔鏡33進(jìn)入高反腔3中；
光束在通有被測(cè)氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內(nèi)的被測(cè)氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經(jīng)所述平凸透鏡23會(huì)聚后被所述 探測(cè)器24接收；
探測(cè)器24接收到的信號(hào)送所述電子裝置4，經(jīng)分析后得到被測(cè)氣體的參數(shù)， 如濃度。 實(shí)施例4:
如圖5所示， 一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，與實(shí)施例2中氣體分析 裝置不同的是所述光源1和準(zhǔn)直透鏡12設(shè)置在會(huì)聚透鏡25的一側(cè)，高反腔3 處于會(huì)聚透鏡25的另一側(cè)。
上述氣體分析裝置工作過程為-
所述光源1所發(fā)出光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡12、會(huì)聚透鏡25后準(zhǔn)直為平行光束，后穿 過所述第一腔鏡33進(jìn)入所述高反腔3，并與所述高反腔3的主軸成一銳角；
光束在通有被測(cè)氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內(nèi)的被測(cè)氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經(jīng)所述會(huì)聚透鏡25會(huì)聚后被所述 探測(cè)器24接收；
探測(cè)器24接收到的信號(hào)送所述電子裝置4，經(jīng)分析后得到被測(cè)氣體的參數(shù)， 如濃度。 實(shí)施例5:
如圖6所示， 一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，與實(shí)施例2中氣體分析 裝置不同的是會(huì)聚透鏡25上設(shè)置通孔26，所述光源2發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡 ll準(zhǔn)直，之后穿過所述通孔27射入所述高反腔3內(nèi)。上述氣體分析裝置工作過程為
所述光源1所發(fā)出光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡11準(zhǔn)直后變?yōu)槠叫泄馐?，后穿過所述通孔
27、第一腔鏡33進(jìn)入所述高反腔3，并與所述高反腔3的主軸成一銳角；
光束在通有被測(cè)氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內(nèi)的被測(cè)氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經(jīng)所述會(huì)聚透鏡25會(huì)聚后被所述 探測(cè)器24接收；
探測(cè)器24接收到的信號(hào)送所述電子裝置4，經(jīng)分析后得到被測(cè)氣體的參數(shù)， 如濃度。
需要指出的是，上述實(shí)施方式不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。 本實(shí)用新型的關(guān)鍵是，入射光通過第一腔鏡入射進(jìn)高反腔，并通過第一腔鏡射 出，通過會(huì)聚透鏡后被接收，利用電子裝置分析接收信號(hào)可得氣體的參數(shù)，如 濃度。在不脫離本實(shí)用新型精神的情況下，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何形式的改 變均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，包括光源、高反腔、會(huì)聚透鏡、探測(cè)器和電子裝置，所述高反腔包括第一腔鏡和第二腔鏡；其特征在于所述光源、會(huì)聚透鏡、高反腔和探測(cè)器的位置關(guān)系為光源發(fā)出的光束通過第一腔鏡入射進(jìn)所述高反腔內(nèi)，入射方向與高反腔主軸間夾角為銳角，光束在高反腔內(nèi)來回反射，之后通過所述第一腔鏡射出，經(jīng)過所述會(huì)聚透鏡后被所述探測(cè)器接收，接收信號(hào)送所述電子裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分析裝置，其特征在于所述光源、高反腔設(shè)置在所述會(huì)聚透鏡的兩側(cè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體分析裝置，其特征在于所述光源和會(huì)聚透鏡之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分析裝置，其特征在于所述分析裝置還包括反射面，光源發(fā)出的光經(jīng)反射面反射后進(jìn)入所述高反腔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體分析裝置，其特征在于所述反射面設(shè)置在所述會(huì)聚透鏡上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體分析裝置，其特征在于所述會(huì)聚透鏡是平凸透鏡，所述反射面設(shè)置在平凸透鏡的平面上，所述平面朝向所述高反腔。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體分析裝置，其特征在于所述會(huì)聚透鏡上設(shè)有通孔，所述光源設(shè)置在會(huì)聚透鏡的一側(cè)，所述高反腔設(shè)置在會(huì)聚透鏡的
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用ICOS技術(shù)的氣體分析裝置，包括光源、高反腔、會(huì)聚透鏡、探測(cè)器和電子裝置，所述高反腔包括第一腔鏡和第二腔鏡；所述光源、會(huì)聚透鏡、高反腔和探測(cè)器的位置關(guān)系為光源發(fā)出的光束通過第一腔鏡入射進(jìn)所述高反腔內(nèi)，入射方向與高反腔主軸間夾角為銳角，光束在高反腔內(nèi)來回反射，之后通過所述第一腔鏡射出，經(jīng)過所述會(huì)聚透鏡后被所述探測(cè)器接收，接收信號(hào)送所述電子裝置。本實(shí)用新型具有簡(jiǎn)單緊湊、安裝、調(diào)試和校準(zhǔn)的工作量和難度小、可靠性高、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/17GK201269853SQ200820165810
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者俞大海, 霞 李, 健 王, 人 陳, 顧海濤, 偉 黃 申請(qǐng)人:聚光科技(杭州)有限公司