一種光程可調(diào)的長程光學吸收池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光程可調(diào)的長光程吸收池，包括入射端、出射端，入射端和出射端之間用金屬支桿連結(jié)和固定，可以直接構(gòu)成開放測量系統(tǒng)，也可以加石英玻璃腔構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)，所述的入射端上安裝有通過傾斜螺釘可調(diào)的入射球面鏡，所述的入射球面鏡上開設(shè)有入射通光孔，所述的出射端上安裝有通過轉(zhuǎn)動軸板可調(diào)的出射球面鏡，所述的出射球面鏡上開設(shè)有出射通光孔，入射光在吸收池內(nèi)入射球面鏡和出射球面鏡之間反射，實現(xiàn)了長光程，通過旋轉(zhuǎn)通光孔使光束從不同位置出射，達到了長光程的準連續(xù)可調(diào)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，有效實現(xiàn)了光程可調(diào)。
【專利說明】一種光程可調(diào)的長程光學吸收池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種長光程光學裝置，具體是一種基于多次反射原理的光程可調(diào)長程 光學氣體吸收池裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著紅外和激光技術(shù)的快速發(fā)展，基于氣體紅外吸收的光譜檢測技術(shù)已經(jīng)成為環(huán) 境及工業(yè)過程的痕量氣體有效檢測手段。根據(jù)比爾一朗伯公式，吸收光程和測量氣體的吸 收系數(shù)對測量的靈敏度具有同樣的效果，隨著光程的增加，靈敏度也隨之提高。而感興趣的 氣體濃度在干凈和污染的環(huán)境中變化的范圍很大，可以從百分濃度到ppm量級，甚至到幾 個ppb，因此要實現(xiàn)對這種變化范圍很大的氣體進行檢測的話，要求光程長度也隨之變化， 從幾米到幾百米。長程光學吸收池是光譜技術(shù)中常用的一種增加氣體吸收光程的手段。長 程光學吸收池通過使光束在吸收池內(nèi)多次往返反射來增加氣體吸收光程，目前主要有二種 實現(xiàn)方式，一種是White型長程光學池結(jié)構(gòu)，一種是Herriott型長程光學池結(jié)構(gòu)。White型 長程光學池由三塊球面鏡組成，入射和出射光束從不同的光學孔通過，光束在主鏡上直線 型排列。White型長程光學池光路調(diào)整較為復雜，一般需要專門人員完成，且光程容積比相 對較小。Herriott型長程光學池由一塊主鏡和一塊副鏡組成，入射和出射光束由主鏡上同 一光學孔通過，光學池光路調(diào)整較為簡單，在結(jié)構(gòu)固定后只需調(diào)整入射光束方向即可，可以 實現(xiàn)較大的光程容積比。Herriott型長程光學池的不足之處在于在結(jié)構(gòu)固定后光程不能調(diào) 整，對不同吸收線強的氣體光譜分析無法改變光程以獲得最佳的分析效果，且入射和出射 光束使用同一光學孔，夾角較小，光學池外光路設(shè)置困難，暴露在池外的光程較長，環(huán)境氣 體對目標氣體分析干擾較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對現(xiàn)有長光程光學吸收池技術(shù)上的不足之處，提出一種光程可調(diào)的長程 光學吸收池結(jié)構(gòu)，入射和出射光束分別從光學吸收池兩端的入射鏡和出射靜上的光學孔通 過，利用出射鏡的旋轉(zhuǎn)即可改變光束在吸收池內(nèi)的反射次數(shù)，實現(xiàn)光程的準連續(xù)可調(diào)，該光 學吸收池光路結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整簡單，可以滿足不同吸收強度的氣體光譜分析需要。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 一種光程可調(diào)的長光程光學吸收池，包括相對設(shè)置形成吸收池的入射端和出射端，所 述的入射端和出射端之間通過金屬支桿固定連接，其特征在于： 所述的入射端包括入射端板和入射鏡固定底板，所述的入射鏡固定底板通過安裝在入 射端板上的三個傾斜調(diào)整螺釘附在入射端板內(nèi)側(cè)，所述的入射鏡固定底板上還固定連接有 入射球面鏡；所述的入射端板和入射鏡固定底板之間設(shè)有彈性金屬片，所述的三個傾斜調(diào) 整螺釘穿過彈性金屬片；所述的入射端板上設(shè)有進氣孔，入射端板、入射鏡固定底板底板以 及入射球面鏡上設(shè)有連通的入射通光孔，所述的入射端板內(nèi)表面上設(shè)有環(huán)繞入射鏡固定底 板的環(huán)形凹槽，所述的環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有彈性密封圈，所述的進氣孔連接進氣孔快插接口； 所述的出射端包括出射端板、旋轉(zhuǎn)軸板以及出射鏡固定底板，所述的出射端板中心開 設(shè)有圓形軸孔，所述的旋轉(zhuǎn)軸板位于出射端板背向吸收池的外側(cè)，并插入圓形軸孔和位于 出射端板內(nèi)側(cè)的出射鏡固定底板連接，所述的出射鏡固定底板上固定連接出射球面鏡，所 述的出射球面鏡、出射鏡固定底板和旋轉(zhuǎn)軸板作為一體可以在出射端板中旋轉(zhuǎn)；所述的出 射球面鏡、出射鏡固定底板和旋轉(zhuǎn)軸板上開設(shè)有連通的出射通光孔，所述的出射端板上還 設(shè)有C型通光環(huán)，供各出射通光孔之間的連通；所述的出射端板內(nèi)表面上還設(shè)有環(huán)繞出射 鏡固定底板的環(huán)形凹形槽，所述的環(huán)形凹形槽內(nèi)設(shè)有彈性密封圈，所述的出射端板上還開 設(shè)有出氣孔，所述的出氣孔連接出氣孔快插接口； 所述的入射端板和出射端板相對設(shè)置，所述的入射球面鏡和出射球面鏡，入射鏡固定 底板和出射鏡固定底板在吸收池內(nèi)相對設(shè)置。
[0005] 所述的入射端與出射端之間可以直接構(gòu)成開放式吸收池，也可以加石英玻璃腔構(gòu) 成密封式吸收池。
[0006] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在： 本發(fā)明采用分別位于入射端和出射端的入射單個入射球面鏡和出射球面鏡實現(xiàn)了入 射光在吸收池內(nèi)的多次反射長光程，結(jié)構(gòu)簡單，同時，出射球面鏡位置旋轉(zhuǎn)可調(diào)，實現(xiàn)可吸 收池的長光程準連續(xù)可調(diào)，相比現(xiàn)有的長光程吸收池，結(jié)構(gòu)簡單，光程可調(diào)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明的入射端零件圖； 圖3為本發(fā)明的出射端零件圖； 圖4入射球面鏡光斑分布圖； 圖5出射球面鏡光斑分布圖； 其中圖中標號，1、入射端，2、出射端，3、金屬支桿，4、石英玻璃腔，5、入射端板，6、彈性 密封圈，7、入射鏡固定底板，8、入射球面鏡，9、入射鏡緊固片，10、入射鏡固定螺釘，11、彈性 金屬片，12、進氣孔，13、環(huán)形形槽，14、入射通光孔，15、入射孔光學窗片，16、進氣孔快插接 口，17、傾斜調(diào)整螺釘、18、出射端板，19、旋轉(zhuǎn)軸板，20、出射通光孔，21、出射孔光學窗片， 22、出氣孔快插接口，23、出射鏡旋轉(zhuǎn)軸固定螺釘，24、環(huán)形型槽，25、C形通光環(huán)，26、出射球 面鏡，27、出射鏡緊固片，28、出射鏡固定螺釘，29、出射鏡固定底板，30、出氣孔，31、彈性密 封圈。

【具體實施方式】
[0008] 如圖1所示，一種光程可調(diào)長光程光學池由入射端1和出射端2組成，入射端1和 出射端2之間用金屬支桿3連結(jié)和固定，入射端1與出射端2之間加石英玻璃腔4可以構(gòu) 成密封式吸收池，用于采樣氣體測量，去除石英玻璃腔4可構(gòu)成開放是吸收池，用于環(huán)境氣 體測量。
[0009] 如圖2所示，所述的入射端1包括入射端板5和入射鏡固定底板7,所述的入射鏡 固定底板7通過安裝在入射端板5上的三個傾斜調(diào)整螺釘17附在入射端板5內(nèi)側(cè)，所述的 入射鏡固定底板7上還固定連接有入射球面鏡8 ;所述的入射端板5和入射鏡固定底板7之 間設(shè)有彈性金屬片11，所述的三個傾斜調(diào)整螺釘17穿過彈性金屬片11 ;入射端板5、入射 鏡固定底板7以及入射球面鏡8上設(shè)有連通的入射通光孔14,所述的入射端板5內(nèi)表面上 設(shè)有環(huán)繞入射鏡固定底板7的環(huán)形凹槽13,所述的環(huán)形凹槽13內(nèi)設(shè)有彈性密封圈6用于吸 收池密封，同時用于吸收鏡面間距的微小調(diào)整，所述的入射端板上設(shè)有進氣孔12,所述的進 氣孔12連接進氣孔快插接口； 入射球面鏡8為空心環(huán)形狀，入射鏡固定螺釘10通過入射鏡緊固片9把入射球面鏡8 固定在入射鏡固定底板7上，入射球面鏡8、入射鏡固定底板7上均開有通光孔，將入射球 面鏡8固定在入射鏡底板7上時，通光孔對齊；入射端板5上有三個螺孔，三個傾斜調(diào)整螺 釘17通過彈性金屬片11將入射鏡固定底板7固定在入射端板5上，轉(zhuǎn)動傾斜調(diào)整螺釘可 以調(diào)整入射鏡傾斜狀態(tài)，入射端板5上開有入射通光孔14,入射通光孔14上封有入射孔光 學窗片15用于光學池密封，在入射鏡固定底板7固定于入射端板5上時，通光孔對齊。 [0010] 如圖3所示，所述的出射端2包括出射端板18、旋轉(zhuǎn)軸板19以及出射鏡固定底板 29,所述的出射端板2中心開設(shè)有圓形軸孔，所述的旋轉(zhuǎn)軸板19位于出射端板背向吸收池 的外側(cè)，并插入圓形軸孔和位于出射端板內(nèi)側(cè)的出射鏡固定底板29連接，所述的出射鏡固 定底板29上固定連接出射球面鏡26,所述的出射球面鏡26、出射鏡固定底板29和旋轉(zhuǎn)軸 板19作為一體可以在出射端板2中旋轉(zhuǎn)；所述的出射球面鏡26、出射鏡固定底板29和旋 轉(zhuǎn)軸板19上開設(shè)有連通的出射通光孔20,所述的出射端板18上設(shè)有C型通光環(huán)，供各出射 通光孔之間的連通；所述的出射端板18內(nèi)表面上還設(shè)有環(huán)繞出射鏡固定底板的環(huán)形凹形 槽24,所述的環(huán)形凹形槽24內(nèi)設(shè)有彈性密封圈31，所述的出射端板上還開設(shè)有出氣孔20， 所述的出氣孔30連接出氣孔快插接口； 出射球面鏡26也是空心環(huán)形狀，入射鏡固定螺釘28通過入射鏡緊固片27把入射球面 鏡26固定在入射鏡固定底板29上，出射球面鏡26、出射鏡固定底板29和旋轉(zhuǎn)軸板19上均 開有通光孔，出射球面鏡26、出射鏡固定底板29和旋轉(zhuǎn)軸板19連接時通光孔對齊；出射孔 光學窗片21固定在旋轉(zhuǎn)軸板19上。出射端板18上開有出氣孔30,出氣孔30接有出氣孔 快插接口 22用于出氣氣路連接；出射端板18上上設(shè)的環(huán)形凹槽24內(nèi)置有彈性密封圈31 用于吸收池密封，同時用于吸收鏡面間距的微小調(diào)整。
[0011] 準直的光束經(jīng)過入射端1上入射通光孔14進入光學吸收池(一定角度入射還是 平行入射)，初步調(diào)整好入射角度，將出射光孔旋轉(zhuǎn)到出射球面鏡26上的第一個入射光斑附 近，使光束不從出射光孔20出射，組合調(diào)整三個傾斜調(diào)整螺釘17使入射球面鏡8和出射 球面鏡26平行對齊，鏡面上的光斑軌跡為同心圓形，微調(diào)入射光束角度，使光束從出射端1 出射通光孔14出射，這時吸收池具有最佳的反射狀態(tài)，入射光可以在吸收池內(nèi)達到最大光 程，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)軸板19,使光束由出射端2的出射光孔出射，在不同旋轉(zhuǎn)位置上有不同光束傳 輸光程，滿足不同測量光程需要。入射球面鏡8和出射球面鏡26上光斑圖案如圖4、5所示， 如球面如光程最大時出射球面鏡上有η個光斑，將出射光孔旋轉(zhuǎn)到第η個光斑的位置，光束 將在此處出射，后面的反射將不再發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1. 一種光程可調(diào)的長光程光學吸收池，包括相對設(shè)置形成吸收池的入射端和出射端， 所述的入射端和出射端之間通過金屬支桿固定連接，其特征在于： 所述的入射端包括入射端板和入射鏡固定底板，所述的入射鏡固定底板通過安裝在入 射端板上的三個傾斜調(diào)整螺釘附在入射端板內(nèi)側(cè)，所述的入射鏡固定底板上固定連接有入 射球面鏡；所述的入射端板上設(shè)有螺孔，入射端板和入射鏡固定底板之間設(shè)有彈性金屬片， 所述的三個傾斜調(diào)整螺釘安裝在螺孔內(nèi)并穿過彈性金屬片連接入射鏡固定底板；所述的入 射端板、入射鏡固定底板以及入射球面鏡上設(shè)有連通的入射通光孔，所述的入射端板內(nèi)表 面上設(shè)有環(huán)繞入射鏡固定底板的環(huán)形凹槽，所述的環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有彈性密封圈，所述的入 射端板上設(shè)有進氣孔，所述的進氣孔連接進氣孔快插接口； 所述的出射端包括出射端板、旋轉(zhuǎn)軸板以及出射鏡固定底板，所述的出射端板中心開 設(shè)有圓形軸孔，所述的旋轉(zhuǎn)軸板位于出射端板背向吸收池的外側(cè)，并插入圓形軸孔和位于 出射端板內(nèi)側(cè)的出射鏡固定底板連接，所述的出射鏡固定底板上固定連接出射球面鏡，所 述的出射球面鏡、出射鏡固定底板和旋轉(zhuǎn)軸板作為一體可以在出射端板中旋轉(zhuǎn)；所述的出 射球面鏡、出射鏡固定底板和旋轉(zhuǎn)軸板上開設(shè)有連通的出射通光孔，所述的出射端板上還 設(shè)有C型通光環(huán)，供各出射通光孔之間的連通；所述的出射端板內(nèi)表面上還設(shè)有環(huán)繞出射 鏡固定底板的環(huán)形凹形槽，所述的環(huán)形凹形槽內(nèi)設(shè)有彈性密封圈，所述的出射端板上還開 設(shè)有出氣孔，所述的出氣孔連接出氣孔快插接口； 所述的入射端板和出射端板相對設(shè)置，所述的入射球面鏡和出射球面鏡，入射鏡固定 底板和出射鏡固定底板在吸收池內(nèi)相對設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光程可調(diào)的長光程光學吸收池，其特征在于：所述的入 射端與出射端之間可以直接構(gòu)成開放式吸收池，也可以加石英玻璃腔構(gòu)成密封式吸收池。
【文檔編號】G01N21/01GK104155241SQ201410315094
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】陳東, 賈兆麗, 楊友文, 王尹秀, 劉麗麗, 賴倍賢, 邢立軍 申請人:合肥工業(yè)大學