所描述的實施方案涉及一種用于吸收光譜法的氣室(gas cell)。

背景技術(shù)：

吸收光譜法通常用于分析各種物質(zhì)的含量。含量分析可以包括鑒定所述物質(zhì)的組分(component)和/或鑒定物質(zhì)的某一特定組分的量。

總的來說，吸收光譜法包括測量電磁輻射吸收的量的光譜學(xué)技術(shù)，所述電磁輻射吸收由電磁輻射與所述物質(zhì)的一種或多種組分的相互作用而產(chǎn)生。電磁輻射的吸收作為其頻率或波長的一個應(yīng)變量被測量。物質(zhì)中的組分從電磁輻射中吸收一定量的能量。吸收的強度隨著物質(zhì)中存在的組分而不同并且隨著電磁輻射的頻率而變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文中描述的各種實施方案總體涉及用于吸收光譜法的氣室和系統(tǒng)，以及提供用于吸收光譜法的氣室的方法。

根據(jù)一些實施方案，提供了一種提供用于實施吸收光譜法的氣室的方法。所述方法包括：提供一個通道，所述通道具有一個用于接收來自氣體源的氣體樣本的入口和一個用于將所述氣體樣本從所述氣室排出的出口；為所述通道提供第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個都包括光學(xué)透明部分，并且所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個都被設(shè)置以使相應(yīng)的光學(xué)透明部分的溫度與所述通道的內(nèi)部溫度之間的溫差最小化；將所述第一端部件安裝至所述通道的第一端，所述第一端部件的光學(xué)透明部分被定位以用于接收來自一個光源的入射束到所述通道內(nèi)；以及將所述第二端部件安裝至所述通道的第二端，所述第二端與所述第一端基本相對，所述第二端部件的光學(xué)透明部分被定位以用于允許光傳送進出所述通道。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：將每一個光學(xué)透明部分都安裝至一個相應(yīng)的光學(xué)框架；以及將一個護套安裝至所述相應(yīng)的光學(xué)框架，所述護套使相應(yīng)的光學(xué)透明部分免于直接接合所述氣室的外部環(huán)境。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：將溫度變化材料安裝至每一個護套。在一些實施方案中，將所述溫度變化材料安裝至每一個護套可以包括用溫度變化線圈圍繞所述護套。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：將每一個光學(xué)透明部分向內(nèi)定位在所述通道內(nèi)以使相應(yīng)的光學(xué)透明部分免于直接接合所述氣室的外部環(huán)境。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：將第一延伸構(gòu)件安裝至所述通道，所述第一延伸構(gòu)件具有安裝至所述通道的第一端的第一構(gòu)件端和在所述通道內(nèi)向內(nèi)延伸的第二構(gòu)件端，所述第一端部件的光學(xué)透明部分安裝在所述第一延伸構(gòu)件的第二構(gòu)件端處；以及將第二延伸構(gòu)件安裝至所述通道，所述第二延伸構(gòu)件具有安裝至所述通道的第二端的第一構(gòu)件端和在所述通道內(nèi)向內(nèi)延伸的第二構(gòu)件端，所述第二端部件的光學(xué)透明部分安裝在所述第二延伸構(gòu)件的第二構(gòu)件端處。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：提供護套作為所述第一延伸構(gòu)件和所述第二延伸構(gòu)件中的每一個。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：提供一對光學(xué)層作為所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個的光學(xué)透明部分。在一些實施方案中，提供一對光學(xué)層作為所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個的光學(xué)透明部分包括：基本真空密封每對光學(xué)層之間的間隔。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：用以低導(dǎo)熱率為特征的絕緣材料填充每對光學(xué)層之間的間隔。所述絕緣材料可以是氣態(tài)材料，諸如環(huán)境空氣。

在一些實施方案中，所描述的方法包括：將溫度變化材料安裝至所述通道。將所述溫度變化材料安裝至所述通道包括用溫度變化線圈圍繞所述通道。

根據(jù)一些實施方案，提供了一種吸收光譜法系統(tǒng)，包括：一個光源，用于產(chǎn)生入射束；一個氣室，其是根據(jù)如下方法提供的，所述方法包括：提供一個通道，所述通道具有用于接收來自氣體源的氣體樣本的入口和用于將所述氣體樣本從所述氣室排出的出口；為所述通道提供第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個都包括光學(xué)透明部分，并且所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個都被設(shè)置以使相應(yīng)的光學(xué)透明部分的溫度與所述通道的內(nèi)部溫度之間的溫差最小化；將所述第一端部件安裝至所述通道的第一端，所述第一端部件的光學(xué)透明部分被定位以用于接收來自所述光源的入射束到所述通道內(nèi)；以及將所述第二端部件安裝至所述通道的第二端，所述第二端與所述第一端基本相對，所述第二端部件的光學(xué)透明部分被定位以允許光傳送進出所述通道；以及一個檢測器，所述檢測器相對于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一種形態(tài)并且將對應(yīng)于所述入射束的所述形態(tài)的數(shù)據(jù)信號傳送至一個吸收光譜分析儀。

根據(jù)一些實施方案，提供了一種氣室，所述氣室包括：一個通道，所述通道提供從入口到出口的至少一個通路，所述入口接收來自一個氣體源的氣體樣本并且所述出口將所述氣體樣本從所述氣室排出；第一端部件，其在所述通道的第一端處被安裝至所述通道，所述第一端部件包括第一光學(xué)透明部分，所述第一光學(xué)透明部分被向內(nèi)定位在所述通道內(nèi)并且被定位以接收來自一個光源的入射束到所述通道內(nèi)；以及第二端部件，其在所述通道的第二端處被安裝至所述通道，所述第二端與所述第一端基本相對，并且所述第二端部件包括第二光學(xué)透明部分，所述第二光學(xué)透明部分被向內(nèi)定位在所述通道內(nèi)并且被定位以允許光傳送進出所述通道。

在一些實施方案中，所描述的氣室包括：所述第一端部件包括第一延伸構(gòu)件，所述第一延伸構(gòu)件具有安裝至所述通道的第一端的第一構(gòu)件端和在所述通道內(nèi)向內(nèi)延伸的第二構(gòu)件端，所述第一光學(xué)透明部分安裝在所述第一延伸構(gòu)件的第二構(gòu)件端處；以及所述第二端部件包括第二延伸構(gòu)件，所述第二延伸構(gòu)件具有安裝至所述通道的第二端的第一構(gòu)件端和在所述通道內(nèi)向內(nèi)延伸的第二構(gòu)件端，所述第二光學(xué)透明部分被安裝至所述第二延伸構(gòu)件的第二構(gòu)件端。

在一些實施方案中，所述第一延伸構(gòu)件和所述第二延伸構(gòu)件中的每一個都包括護套。

在一些實施方案中，所述第一光學(xué)透明部分和所述第二光學(xué)透明部分中的至少一個包括兩個光學(xué)層。

在一些實施方案中，溫度變化材料被聯(lián)接至所述通道。

在一些實施方案中，所述溫度變化材料包括纏繞在所述通道周圍的線圈。

在一些實施方案中，所述第一光學(xué)透明部分和所述第二光學(xué)透明部分中的每一個的至少一個表面被應(yīng)用有抗反射涂層。

在一些實施方案中，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個被可移除地安裝至所述通道。

在一些實施方案中，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個都通過螺紋聯(lián)接件被可移除地安裝至所述通道。

根據(jù)一些實施方案，提供了一種吸收光譜法系統(tǒng)，包括：一個光源，用于產(chǎn)生入射束；一個氣室，具有：一個通道，所述通道提供從入口到出口的至少一個通路，所述入口接收來自一個氣體源的氣體樣本并且所述出口將所述氣體樣本從所述氣室排出；第一端部件，其在所述通道的第一端處被安裝至所述通道，所述第一端部件包括第一光學(xué)透明部分，所述第一光學(xué)透明部分被向內(nèi)定位在所述通道內(nèi)且被定位以接收來自所述光源的入射束到所述通道內(nèi)；以及第二端部件，其在所述通道的第二端處被安裝至所述通道，所述第二端與所述第一端基本相對，并且所述第二端部件包括第二光學(xué)透明部分，所述第二光學(xué)透明部分向內(nèi)定位在所述通道內(nèi)并且被定位以允許光傳送進出所述通道；一個檢測器，相對于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一種形態(tài)并且將對應(yīng)于所述入射束的所述形態(tài)的數(shù)據(jù)信號傳送至一個吸收光譜分析儀。

根據(jù)一些其他實施方案，提供了一種用于吸收光譜法的氣室。所述氣室包括：一個通道，所述通道提供從入口到出口的至少一個通路，所述入口接收來自一個氣體源的氣體樣本并且所述出口將所述氣體樣本從所述氣室排出；第一端部件，其安裝在所述通道的第一端處，所述第一端部件包括第一光學(xué)層和第二光學(xué)層，所述第一光學(xué)層和第二光學(xué)層被定位以接收來自一個光源的入射束到所述通道內(nèi)；以及第二端部件，其安裝在所述通道的第二端處，所述第二端與所述第一端基本相對，并且所述第二端部件包括被定位以允許光傳送進出所述通道的第一光學(xué)層和第二光學(xué)層。

在一些實施方案中，所述第一端部件的第一光學(xué)層與所述第一端部件的第二光學(xué)層基本平行；以及所述第二端部件的第一光學(xué)層與所述第二端部件的第二光學(xué)層基本平行。

在一些實施方案中，所述第一端部件的第一光學(xué)層相對于所述第一端部件的第二光學(xué)層以第一光學(xué)層傾斜角定位；以及所述第二端部件的第一光學(xué)層相對于所述第二端部件的第二光學(xué)層以第二光學(xué)層傾斜角定位。

在一些實施方案中，所述第一光學(xué)層傾斜角和所述第二光學(xué)層傾斜角中的每一個的值都隨著相應(yīng)的第一光學(xué)層和第二光學(xué)層之間的間隔尺寸、相應(yīng)的第一光學(xué)層的厚度、相應(yīng)的第二光學(xué)層的厚度和所述入射束的直徑中的至少一個而變化。

在一些實施方案中，所述第一光學(xué)層傾斜角和所述第二光學(xué)層傾斜角中的每一個的值都大于0度且小于或等于10度。

在一些實施方案中，所述第一光學(xué)層中的每一個和相應(yīng)的第二光學(xué)層之間的間隔基本真空密封。

在一些實施方案中，所述第一光學(xué)層中的每一個和相應(yīng)的第二光學(xué)層之間的間隔填充有以低導(dǎo)熱率為特征的絕緣材料。所述絕緣材料可以包括氣態(tài)材料，諸如環(huán)境空氣。

在一些實施方案中，第一端部件和第二端部件的各自的第一光學(xué)層和第二光學(xué)層中的每一個的至少一個表面被施加有抗反射涂層。

在一些實施方案中，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一個都包括：光學(xué)層框架，以包含相應(yīng)的第一光學(xué)層和第二光學(xué)層，所述光學(xué)層框架被安裝至所述通道；以及護套，安裝至所述光學(xué)層框架。

在一些實施方案中，溫度變化材料被聯(lián)接至每一個護套。所述溫度變化材料可包括纏繞在每一個護套周圍的線圈。

根據(jù)一些其他實施方案，提供了一種吸收光譜法系統(tǒng)，包括：一個光源，用于產(chǎn)生入射束；一個氣室，具有：一個通道，所述通道提供從入口到出口的至少一個通路，所述入口接收來自一個氣體源的氣體樣本并且所述出口將所述氣體樣本從所述氣室排出；第一端部件，其被安裝在所述通道的第一端處，所述第一端部件包括第一光學(xué)層和第二光學(xué)層，所述第一光學(xué)層和第二光學(xué)層被定位以接收來自所述光源的所述入射束到所述通道內(nèi)；以及第二端部件，其被安裝在所述通道的第二端處，所述第二端與所述第一端基本相對，并且所述第二端部件包括被定位以允許光傳送進出所述通道的第一光學(xué)層和第二光學(xué)層；一個檢測器，相對于所述通道定位以用于接收所述入射束的一種形態(tài)并且將對應(yīng)于所述入射束的所述形態(tài)的數(shù)據(jù)信號傳送至一個吸收光譜分析儀。

根據(jù)一些實施方案，提供了一種本文中所描述的任一個氣室實施氣體樣本的吸收光譜法測量的用途。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖詳細闡述多個實施方案，在附圖中：

圖1A為根據(jù)一個示例性實施方案的與氣室組件相互作用的部件的框圖；

圖1B為根據(jù)一個示例性實施方案的一個示例性氣室組件的截面圖；

圖1C為根據(jù)一個示例性實施方案的另一個示例性氣室組件的截面圖；

圖2A為根據(jù)一個示例性實施方案的一個示例性氣室的截面圖；

圖2B示出根據(jù)另一個示例性實施方案的圖2A中的示例性氣室；

圖3為根據(jù)一個示例性實施方案的另一個示例性氣室的截面圖；

圖4A為根據(jù)一個示例性實施方案的一個示例性氣室的截面圖；

圖4B示出根據(jù)另一個示例性實施方案的圖4A中的示例性氣室；

圖5A示出根據(jù)一個示例性實施方案的在一個示例性氣室組件的一部分處的一個示例性傳送路徑；

圖5B示出在另一個示例性氣室組件處的另一個示例性傳送路徑；

圖5C示出在圖5A中示出的示例性氣室組件處的另一個示例性傳送路徑；

圖6A示出根據(jù)一個示例性實施方案在一個示例性氣室組件的一部分處的一個示例性傳送路徑；

圖6B示出在另一個示例性氣室組件處的一個示例性傳送路徑；

圖6C示出圖6A中示出的示例性氣室組件處的另一個示例性傳送路徑；

圖7A為根據(jù)一個示例性實施方案的又一個示例性氣室的截面圖；

圖7B示出根據(jù)另一個示例性實施方案的圖7A中的示例性氣室；

圖7C示出根據(jù)又一個示例性實施方案的圖7A中的示例性氣室；

圖8為根據(jù)一個示例性實施方案的另一個示例性氣室的截面圖。

下文描述的附圖被提供用于闡述本文所述的實施方案的多個實例的某些方面和特征，但無意于對其進行限制。為了簡潔和清楚地闡述，附圖中所示的元件不一定按比例繪制。為了清楚起見，一些元件的尺寸相對于另一些元件可以放大。應(yīng)該理解的是，為了簡潔和清楚地闡述，如果認為合適，參考數(shù)字可在不同附圖中重復(fù)使用來表示對應(yīng)的或類似的元件或步驟。

具體實施方式

應(yīng)理解，大量的具體細節(jié)被陳述以提供對本文中描述的示例性實施方案的全面理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本文中描述的實施方案可以在不考慮這些具體細節(jié)的基礎(chǔ)上實施。在其他例子中，已知的方法、步驟和部件沒有被詳細描述，以使本文中描述的實施方案簡明。另外，該說明書和附圖不被用來以任何方式限制本文中描述的實施方案的范圍，而是只描述本文中描述的各個實施方案的實施。

應(yīng)注意，出現(xiàn)在本文中的描述程度的術(shù)語例如“基本(substantially)”，“約(about)”和“近似(approximately)”指的是修飾的術(shù)語的合理偏差量，以使最終的結(jié)果不會有明顯改變。這些描述程度的術(shù)語可以被解釋為包括修飾的術(shù)語的偏差，只要該偏差不會否定其修飾的術(shù)語的含義。

另外，如本文中所用的，詞語“和/或”用于表示“包括-或”(inclusive-or)。也就是說，例如，“X和/或Y”用于表示X、或Y、或X和Y。進一步舉例，“X，Y，和/或Z”用于表示X或Y或Z或它們的任意組合。

應(yīng)注意，本文中使用的術(shù)語“聯(lián)接(coupled)”表示兩個元件可以被直接彼此聯(lián)接，也可以通過一個或多個中間元件彼此聯(lián)接。

光學(xué)吸收光譜法涉及引導(dǎo)來自光源的光束通過物質(zhì)，諸如氣體。所述物質(zhì)可能處于封閉環(huán)境或開放路徑。吸收強度至少隨著物質(zhì)的不同組分而變化。在傳送穿過所述物質(zhì)之后，傳送的光束被一個檢測器接收。該檢測器然后可以向分析儀設(shè)備提供關(guān)于傳送的光束的數(shù)據(jù)信號，以執(zhí)行吸收光譜法分析。

物質(zhì)吸收一定頻率的電磁輻射總體可以通過比爾-朗伯定律(Beer-Lambert Law)來量化：

I＝I_oe^-kcL

其中“I”表示被檢測的光束的強度，“I_o”表示由光源提供的初始光束的強度，“k”表示在給定溫度和頻率下在物質(zhì)中的衰減子(attenuator)的吸收率，“c”表示物質(zhì)中的衰減子的濃度，且“L”表示光束穿過物質(zhì)的光程。根據(jù)比爾-朗伯定律，被檢測的光束的強度(I)大體上與光程(L)成反比。被檢測的強度和光程之間的反比關(guān)系對于物質(zhì)內(nèi)的如下組分尤其明顯，這些組分以非常低的濃度存在和/或是特別弱的吸收體。被檢測的強度和光程之間的反比關(guān)系說明了當提供增加的光程時物質(zhì)組分的吸收增加。因為增加光程可以增加物質(zhì)組分的吸收，因此可以提高吸收光譜法分析的靈敏度。

吸收光譜法中的含量分析的靈敏度對于某些行業(yè)可能是至關(guān)重要的。例如，燃煤電廠在氮氧化物(NO_X)排放方面越來越受到相關(guān)監(jiān)管部門的監(jiān)管。因此，精確地鑒定物質(zhì)組分并且通過相關(guān)的控制系統(tǒng)傳送適當反饋的這種能力是至關(guān)重要的。

物質(zhì)組分對電磁輻射的吸收可以在原位進行檢測或抽取進行檢測。原位分析包含使電磁輻射在物質(zhì)形成的位置通過該物質(zhì)。抽取分析包含在物質(zhì)被從其原始位置抽取出且被帶入測量環(huán)境——諸如一個封閉的容器——之后，使電磁輻射通過該物質(zhì)。典型地，抽取式吸收光譜法測量(extractive absorption spectroscopy measurement)通過使用一個合適長度的吸收室或氣室來執(zhí)行。由于實際限制(諸如氣室的可攜帶性和/或測量地點的可用空間)，氣室的長度會受限。被測試的物質(zhì)可以被稱為氣體樣本。

多程氣室(multi-pass gas cell)容納增加的光程，使用多程氣室可以提高吸收檢測靈敏度，而不會顯著增大測量儀器的尺寸。典型地，多程氣室包括一組暴露在氣體樣本中的反射鏡。該組反射鏡多次反射光束，從而使穿過物質(zhì)的整體光程大幅增加，而不需要增加氣室本身的長度。

已經(jīng)研發(fā)出不同的多程氣室用于增加光程。常見類型的多程室可包括基于赫里奧特(Herriott)氣室設(shè)計和懷特(White)氣室設(shè)計的氣室。

赫里奧特氣室包括兩個具有相同焦距的反射鏡并且兩個反射鏡彼此隔開一個距離“D”。反射鏡可以具有各種形狀，諸如球面形、散腔形(astigmatic)或其它復(fù)雜的形狀。赫里歐氣室中的反射鏡通常被裝在一個合適的容器中，該容器具有入口連接和出口連接，使得樣本氣體以要求的速率流過氣室。用于赫里奧特氣室中的容器通常被設(shè)置以允許光束出入。

懷特氣室包括三個具有相同曲率半徑的球面凹面反射鏡。兩個相鄰的反射鏡可設(shè)置在第三個反射鏡的對面。所述相鄰的反射鏡中的一個可被設(shè)置以接收來自光源的至少一個入射束，另一個相鄰的反射鏡可被設(shè)置以至少將最后的反射束導(dǎo)向檢測器。在懷特氣室中傳送入射束的各個形態(tài)的過程中，所述相鄰的反射鏡可交替地反射從第三個反射鏡接收的入射束的各個形態(tài)。類似于赫里奧特氣室，懷特氣室中的反射鏡也典型地被裝在一個合適的容器中，該容器具有入口連接和出口連接，使得氣體樣本流過氣室。

然而，在氣室的運行期間且特別是在工業(yè)環(huán)境下，即使所述氣體被過濾，灰塵和/或其他污染物仍常常被引入氣室內(nèi)。一段時間后，灰塵和污染物沉積在反射鏡上，并且根據(jù)污染物的類別，污染物甚至可以與反射鏡表面發(fā)生反應(yīng)。結(jié)果，反射鏡的反射率會隨著時間降低。反射鏡的退化可以由軟件補償是可能的，但是反射鏡的退化會引起光束檢測強度的靈敏度減小。

赫里奧特氣室和懷特氣室中的反射鏡與氣體樣本直接接觸并且因此暴露在任何可能存在于氣體樣本中的灰塵和/或污染物中。視環(huán)境而定，氣體樣本可能包括腐蝕性物質(zhì)，所述腐蝕性物質(zhì)可以使得氣室的部件(例如，反射鏡)被腐蝕。因此，反射鏡的反射率隨著時間的降低可以顯著減小由使用多程室?guī)淼娜魏我嫣?。由于反射鏡需要被仔細準直，所以清洗或更換反射鏡會是難處理的。

氣室會被要求在遠高于室溫的一個溫度下運行。例如，可能需要較高的溫度來防止在氣體室內(nèi)形成冷凝，因為冷凝可以遮擋光束。某些不受歡迎的化學(xué)成分易于在低溫下發(fā)生反應(yīng)并由此影響物質(zhì)的組分。不受歡迎的化學(xué)成分還會反應(yīng)形成使測量儀器的部件損耗的污染物。例如，在燃煤電廠中，氨經(jīng)常被注入由燃煤而生成的煙氣中以減少NO_X排放。然而，氨的過度注入會導(dǎo)致氨逃逸，或者導(dǎo)致煙氣中的氨過量。依賴于煙氣的溫度，過量的氨和燃煤過程中形成的硫化物可以反應(yīng)生成硫酸氫銨(ABS)。ABS的形成可以阻塞過濾器并且模糊氣室的反射鏡的表面和氣室的窗口的表面。例如，ABS甚至可以在高達260℃的溫度下形成。

不幸地，在高溫下運行氣室可能存在一些挑戰(zhàn)。例如，運行氣室可能需要的高溫可以影響光學(xué)部件的準直。溫度改變會影響準直，并且因此需要在氣室達到將運行的溫度時才能進行光學(xué)準直。

直接加熱氣室的窗口可以使與光學(xué)部件的準直有關(guān)的一些挑戰(zhàn)最小化。然而，直接加熱通常需要附接到窗口的加熱元件，這可以減小窗口的透明面積并且因此限制可以用于氣體測量的各種光束。能夠幫助在升高的溫度(例如，高于300℃)下連續(xù)運行的窗口密封元件(諸如，o型環(huán)和墊圈)可能是非常昂貴的并且甚至可能難以獲得。

首先參考圖1A，其是與示例性氣室組件10相互配合的部件的框圖2。氣室組件10至少具有一個入口22i和一個出口22o。入口22i和出口22o可以是關(guān)閉的，以將氣體樣本包含在氣室組件10中。如圖所示，氣室組件10可以接收由光源12產(chǎn)生的入射束50。入射束50在氣室組件10中被傳送并且入射束50的一種形態(tài)或者傳送束54被檢測器24接收。

如將參考圖1B、圖2A、圖2B、圖3、圖4A至圖4B、圖7A至圖7C以及圖8描述的，氣室組件10包括一個氣室，該氣室可以接收和包含氣體樣本。本文中所描述的氣室的實施方案至少包括一個通道，在該通道內(nèi)氣體樣本在入口22i處被接收且從出口22o處被排出。例如，如圖1A和圖1B中示出的，氣室組件10的入口22i聯(lián)接到氣體源18以接收氣體樣本。通道的每一端都安裝有一個端部件108，該端部件108包括一個光學(xué)透明部分以允許光傳送進出通道。

圖1B示出了一個示例性氣室組件100A的截面圖。當入射束50在第一端部件108f處被接收時，入射束50的一種形態(tài)被傳送朝向第二端部件108s，同時與通道106內(nèi)部的氣體樣本相互作用。第一端部件108f和第二端部件108s中的每一個都包括一個光學(xué)透明部分，該光學(xué)透明部分可以允許光束(諸如，圖1B中示出的束50、52和54)傳送進出通道106。

如圖1B中示出的，入射束50的一種形態(tài)或者第一傳送束50’代替原始的入射束50進入通道106，這是由于在第一端部件108f處的可能的反射損失。在第二端部件108s處，入射束50’的另一形態(tài)或者第二傳送束50”被導(dǎo)向反射面111。由于通道106中的氣體樣本的吸收和第二端部件108s處的可能的反射損失，第二傳送入射束50”的強度被減小。

反射面111被定位在氣室110外部，且相對于第二端部件108s定位以接收來自第二端部件108s的第二傳送束50”并且將反射束52導(dǎo)向第二端部件108s。

反射束52然后穿過第二端部件108s行進到通道106內(nèi)且朝向第一端部件108f行進。第一端部件108f然后朝向檢測器114傳送反射束52的一種形態(tài)或最后的反射束54。如可以在圖1B中看到的，第一端部件108f和第二端部件108s中的每一個的光學(xué)透明部分的僅內(nèi)表面暴露于氣體樣本。

為了增加光程，光束可以通過第二端部件108s的光學(xué)透明部分上的一個不同的部分進出所述通道106。反射束52進入的在第二端部件108s上的部分可以至少隨著第二傳送束50”的入射角和反射面111的曲率而變化。反射面111可以是一個反射鏡，例如凹面反射鏡。

從圖1B中示出的示例性傳送路徑可以看出，入射束50的光程可以延伸而無需增加通道106的長度。在圖1B中示出的實施例中，入射束50的光程增加了至少兩倍且因此，吸收測量的靈敏度也增加。

如圖1B中示出的，檢測器114相對于通道106定位以用于在入射束50多次穿過通道106之后接收入射束50的一種形態(tài)(即，最后的反射束54)。在一些實施方案中，檢測器114可以將對應(yīng)于所接收的形態(tài)的入射束50的數(shù)據(jù)信號傳送到一個吸收光譜分析儀以用于實施吸收光譜法測量。與所接收的束相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可以包括光學(xué)數(shù)據(jù)。氣室組件10也可以與控制器14電通信，以用于接收與氣室組件10的運行相關(guān)聯(lián)的控制信號。

當檢測器114接收光信號形式的數(shù)據(jù)信號時，檢測器114可以將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。例如，檢測器114可以測定一個電流值，該電流值與檢測器114所接收的最后的反射束54的強度成比例。在一些實施方案中，檢測器114可以包括用于接收不同的數(shù)據(jù)信號的多個檢測器部件。例如，檢測器114可以包括用于測定第一光束的強度的第一檢測器部件，以及用于測定不同于第一光束的第二光束的強度的第二檢測器部件。各種檢測器部件可被一起布置在一個單元中，或者可被設(shè)置為物理上分立的單元。

再次參考圖1A，檢測器24可以通過一個連接件(諸如，同軸電纜)向計算設(shè)備16傳送電信號。在一些實施方案中，檢測器24還可以將電信號轉(zhuǎn)換成另一種形式，諸如使用電到光的信號轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換成代表該電信號的光信號。得到的光信號可以通過光纜傳送給計算設(shè)備16。

計算設(shè)備16可以接收來自檢測器24的數(shù)據(jù)信號，并對數(shù)據(jù)信號提供的信息進行相關(guān)分析。例如，計算設(shè)備16可以包括或可以是吸收光譜分析儀，以對數(shù)據(jù)信號提供的信息進行吸收光譜分析。計算設(shè)備16可以包括電子平板設(shè)備、個人電腦、工作站、服務(wù)器、便攜式計算機、移動設(shè)備、掌上電腦、手提電腦、智能手機、便攜式電子設(shè)備、測量儀器、或者它們的任意組合。

光源12也可被提供作為計算設(shè)備16的一部分。例如，當光源12與氣室組件10分開定位時，光源12產(chǎn)生的入射束50可以通過光纜從計算設(shè)備16傳送。

計算設(shè)備16可以至少包括一個通信部件26和一個處理器28。應(yīng)該注意，在一些實施方案中，通信部件26和處理器28可以結(jié)合或可以分成一個或多個另外的部件。通信部件26和處理器28可以使用軟件、硬件、或者軟件和硬件的組合來實現(xiàn)。

通信部件26可操作以接收來自檢測器24的數(shù)據(jù)信號。通信部件26可以包括串行端口、并行端口或通用串行總線端口(USB port)中的至少一個。通信部件26還可以包括因特網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、以太網(wǎng)、火線(Firewire)、調(diào)制解調(diào)器、或其他無線連接中的至少一個。這些元件的各種組合可以被并入到通信部件26中。

處理器28可以基于由通信部件26接收的數(shù)據(jù)信號執(zhí)行分析，或者在一些實施方案中，可以使得相關(guān)分析由一個或多個其他部件(未示出)來執(zhí)行。處理器28可以是任何合適的控制器或數(shù)字信號處理器，依賴于計算設(shè)備16的構(gòu)型、目的和要求，它們能提供足夠的處理能力。在一些實施方案中，處理器28可包括多于一個的處理器，其中每一個處理器被配置用于執(zhí)行不同的專設(shè)任務(wù)。

在一些實施方案中，計算設(shè)備16還可包括一個存儲器(未示出)。所述存儲器可以包括RAM、ROM、一個或多個硬盤驅(qū)動器、一個或多個閃盤驅(qū)動器、或一些其他的合適的數(shù)據(jù)存儲元件，諸如磁盤驅(qū)動器等。存儲器可以是計算設(shè)備16的一部分，或者與計算設(shè)備16分立，但是與計算設(shè)備16電通信。

光源12相對于氣室組件10定位用于將入射束50傳送朝向包含氣體樣本的氣室。例如，圖1B示出光源112相對于氣室組件100A定位用于將入射束50傳送朝向氣室110。入射束50的波長隨著待要執(zhí)行的吸收光譜法分析的各個方面(諸如，吸收光譜法分析的類型、待分析的氣體樣本和/或想要鑒定的含量)而變化。例如，近紅外光束或中紅外光束可以用于測量多種不同種類的氣體，諸如，非常低濃度的氨氣。對于某些其他氣體，也可以使用可見光束和/或紫外線(UV)光束。在一些實施方案中，入射束50可以是平行束。

光源12可以包括一個光發(fā)生器以產(chǎn)生入射束50，或者可以包括發(fā)射光學(xué)器件(launching optics)，該發(fā)射光學(xué)器件通過光纜從遠程光發(fā)生器接收入射束50。

例如，當光源12包括發(fā)射光學(xué)器件時，可以在計算設(shè)備16處設(shè)置光發(fā)生器。在一些實施方案中，光發(fā)生器可以包括位于計算設(shè)備16處的一個可調(diào)諧的二極管激光器，該計算設(shè)備16可以是一個光譜分析儀。因此，入射束50可以是一個激光束，該激光束通過適合激光束波長傳送的光纜從可調(diào)諧二極管激光器提供給光源12。

類似于檢測器24，光源12可包括多個光源部件以傳送不同的入射束50。例如，光源12可包括用于傳送第一入射束的第一光源部件，以及用于傳送第二入射束的第二光源部件。各個光源部件可被一起布置在一個單元中，或者可被設(shè)置為物理上分立的單元。如將描述的，氣室組件10可接收多個不同的入射束50，用于鑒定氣體樣本中的不同的氣體組分和/或測量氣體樣本中的不同的氣體組分中的每一個的量。

氣體源18可以隨著測試環(huán)境而改變。例如，在發(fā)電廠中，氣體源18可以是管路(pipeline)或管道(duct)的排氣口。在實驗室測試環(huán)境下，氣體源18可以是由反應(yīng)物形成的實驗氣體。在化工廠中，氣體源18可以是過程氣體。在燃燒應(yīng)用中，氣體源18可以是廢氣(諸如，一氧化碳和/或二氧化碳)。在焚化爐中，氣體源18可以是煙囪，其中，例如氯化氫需要被測量。

控制器14可以與計算設(shè)備16和氣室組件10電通信。根據(jù)對數(shù)據(jù)信號的分析，計算設(shè)備16可以對控制器14產(chǎn)生控制信號?？刂菩盘柨梢韵蚩刂破?4指示氣室組件10的運行應(yīng)該被調(diào)整和/或氣室組件10的運行應(yīng)該被怎樣調(diào)整。

在一些實施方案中，氣室組件10、計算設(shè)備16和控制器14中的一個或多個可以被設(shè)置為通過能夠承載數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)(未示出)進行通信。示例性網(wǎng)絡(luò)可以是因特網(wǎng)、以太網(wǎng)、同軸電纜、光纖、衛(wèi)星、手機、無線固定電話、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)絡(luò)、和其它，包括它們的組合，這些網(wǎng)絡(luò)能夠與各部件交互并且實現(xiàn)各部件之間的通信。

再次參考圖1B，氣室組件100A包括氣室110和反射面111。光源112和檢測器114相對于氣室組件110A定位。氣室110、反射面111、光源112和檢測器114中的每一個都安裝至基座132。在圖1B中示出的示例性實施方案中，氣室110通過支架130a和130b安裝至基座132，反射面111通過支架124安裝至基座132，并且光源112和檢測器114通過另一個支架126安裝至基座132。

準直控制件可以有效聯(lián)接至支架124和126中的每一個以調(diào)整安裝在其上的部件的定向。如圖1B中例示的，準直控制件116和118可以有效聯(lián)接至支架124以調(diào)整反射面111相對于氣室110和/或光源112的準直，并且準直控制件122a和122b可以有效聯(lián)接至支架126以調(diào)整光源112相對于第一端部件108f和反射面111的準直。準直控制件116、118、122a和122b可以是一個螺旋物和/或用于調(diào)整另一個部件的定向的其它類似部件。

本文中參考圖2A、圖2B、圖3、圖4A、圖4B、圖7A至圖7C以及圖8描述的氣室110的各個實施方案可以用在氣室組件100A的其他構(gòu)型中。例如，在圖1C中示出氣室組件100B的另一個實施方案。

氣室組件100B可以包括第二反射面113，該第二反射面被定位在第一端部件108f的對面并且檢測器114然后可以被在定位在通道106的與光源112的相對端處。如圖1C中示出的，檢測器114可以通過支架127安裝在第二端部件108s的對面并且在第一反射面111的后面。第二反射面113可以通過支架125安裝在第一端部件108f的對面。準直控制件117a和117b可以有效聯(lián)接至支架125以調(diào)整第二反射面113的準直。光傳送路徑包括在第一反射面111和第二反射面113之間的多重反射，如圖1C中示出的。

氣室110包括通道106，通道106提供從入口104i到出口104o的通路。入口104i可以接收來自氣體源18的氣體樣本并且出口104o可以將氣體樣本從氣室110排出。第一端部件108f和第二端部件108s中的每一個都可以包括光學(xué)透明部分。將參考圖2A、圖2B、圖3、圖4A、圖4B、圖7A至圖7C以及圖8描述第一端部件108f和第二端部件108s的各個實施方案。

仍參考圖1B，在通道106的第一端上安裝第一端部件108f。第一端部件108f包括一個光學(xué)透明部分，該光學(xué)透明部分可以接收光源112產(chǎn)生的進入通道106內(nèi)的入射束50。在通道106的與該通道106的第一端基本相對的第二端上安裝第二端部件108s。類似于第一端部件108f，第二端部件108s包括一個光學(xué)透明部分，該光學(xué)透明部分允許光傳送進出通道106。例如，如圖1B中示出的，第二端部件108s可以接收來自反射面111的反射束52，并且第一端部件108f可以朝向檢測器114傳送最后的反射束54。

第一端部件108f和第二端部件108s能夠可固定地且可移除地安裝至通道106。固定聯(lián)接件可以包括密封件(例如，o型環(huán))、螺紋聯(lián)接件和/或其他類似類型的聯(lián)接件。

現(xiàn)在將參考圖2A、圖2B、圖3、圖4A、圖4B、圖7A至圖7C以及圖8描述氣室110的一些示例性實施方案。

可以調(diào)節(jié)氣室110的部件的溫度以促進氣室110的運行。具體而言，可以調(diào)節(jié)通道106的溫度以防止在光學(xué)透明部分處形成冷凝且防止隨后會妨礙光學(xué)透明部分的不受歡迎的化學(xué)成分的形成。例如，在燃煤電廠中，通道106的增加的溫度可以減小硫酸氫銨(ABS)的形成。另外，如將通過圖2A、圖2B、圖3、圖4A、圖4B、圖7A至圖7C以及圖8中示出的氣室110的各個實施方案描述的，還可以使氣室110的光學(xué)透明部分的表面和通道106內(nèi)部之間的溫差最小化。通過使光學(xué)透明部分的溫度和通道106的內(nèi)部溫度之間的溫差最小化，可以顯著減小形成在第一端部件108f的內(nèi)表面和第二端部件108s的內(nèi)表面上的冷凝和ABS沉積的可能性。

現(xiàn)在將參考圖2A，圖2A是一個示例性氣室210A的截面圖。

氣室210A包括一個通道206，該通道206具有一個用于接收氣體樣本的入口204i和一個從中可以排出氣體樣本的出口204o。

為了控制通道206內(nèi)部的溫度，一種溫度變化材料可以聯(lián)接至通道206。在圖2A中示出的實施例中，在通道206的周圍纏繞溫度變化線圈280。溫度變化材料可以是加熱材料或冷卻材料。用于形成通道206的材料的類型也可以影響可以由溫度變化線圈280提供的溫度改變量。在一些實施方案中，一種絕緣材料(圖2A中未示出)可以裝在溫度變化線圈280的周圍以進一步穩(wěn)定通道206處的溫度。

當溫度變化材料充當加熱材料時，該加熱材料可以引起通道206的溫度增加并且作為結(jié)果，通道206內(nèi)的氣體樣本的溫度也增加。當溫度變化材料充當冷卻材料時，該冷卻材料可以引起通道206的溫度降低并且作為結(jié)果，通道206內(nèi)的氣體樣本的溫度也降低。通道206的溫度可以增加到超過氣室210A的外部環(huán)境的溫度或可以降低到下降至外部環(huán)境的溫度以下。

通道206的每一端都被端部件208封閉。第一端部件208f安裝在通道206的第一端處并且第二端部件208s安裝在通道206的第二端處。第一端部件208f包括光學(xué)透明部分262且第二端部件208s包括光學(xué)透明部分266。光學(xué)透明部分262被包含在光學(xué)框架260f內(nèi)，且光學(xué)透明部分266被包含在光學(xué)框架260s內(nèi)。

另外，如圖2A中示出的，第一護套290f安裝到光學(xué)框架260f以形成端部件208f，且第二護套290s安裝到光學(xué)框架260s以形成端部件208s。護套290f和290s中的每一個可以與沿著通道206的長度的一個軸線同軸安裝。

護套290f和290s通過使光學(xué)透明部分262和266免于直接接合氣室210A的外部環(huán)境(諸如測試環(huán)境)，可以幫助穩(wěn)定通道206與光學(xué)透明部分262和266之間的溫度。第一護套290f可以安裝至光學(xué)框架260f使得第一光學(xué)透明部分262未直接暴露至測試環(huán)境。類似地，第二護套290s可以安裝至光學(xué)框架260s以防止第二光學(xué)透明部分266直接暴露至測試環(huán)境。因此，通過護套290f、290s可以在一定程度上調(diào)節(jié)光學(xué)透明部分262和266的溫度。

在一個具有氣室210A的氣室組件內(nèi)的光傳送期間，光束與光學(xué)透明部分262和266的相互作用可能造成剩余反射，這是因為光學(xué)透明部分262和266可以充當相當弱的反射面。施加到光學(xué)透明部分262和266的表面的抗反射材料可以在一定程度上使剩余反射最小化。然而，由光束與光學(xué)透明部分262和266的相互作用仍然會造成剩余反射。

為了最小化由剩余反射可能引起的光學(xué)噪聲(標準量具(etalon))，第二光學(xué)透明部分266可以朝向反射面111傾斜并且第一光學(xué)透明部分262也可以朝向光源112傾斜。

如圖2A中示出的，沿著第二光學(xué)透明部分266的長度的軸線209s可以被定向為相對于垂直于通道206的長度的軸線207成一個端部傾斜角294s(θ_t,s)。類似地，沿著第一光學(xué)透明部分262的長度的軸線209f可以被定向為相對于軸線207成一個端部傾斜角294f(θ_t,f)。

端部傾斜角294s的值可以基本等于端部傾斜角294f的值，但是彼此鏡像對稱使得光束不偏離傳送路徑。例如，當入射束50從光源112在第一光學(xué)透明部分262處被接收且從光傳送路徑偏離(例如，偏移)所述端部傾斜角294f時，其后由通道206傳送且在第二光學(xué)透明部分266處被接收的光束可以通過第二光學(xué)透明部分266被重新準直于光傳送路徑，所述第二光學(xué)透明部分266以端部傾斜角294s傾斜。端部傾斜角294f和294s的鏡像對稱可以相互補償。

圖2B示出了另一個示例性氣室210B。

類似于圖2A中示出的氣室210A，氣室210B的第一端部件208f’包括安裝至光學(xué)框架260f的護套290f，且第二端部件208s’包括安裝至光學(xué)框架260s的護套290s。不像氣室210A，氣室210B包括聯(lián)接至護套290f和290s中的每一個的溫度變化材料。類似于溫度變化線圈280，聯(lián)接至護套290的溫度變化材料是纏繞在每一個護套290f、290s周圍的溫度變化線圈282。溫度變化線圈282可以幫助穩(wěn)定光學(xué)透明部分262和266處的溫度，以使光學(xué)透明部分262和266與通道206內(nèi)部之間的溫度梯度最小化。

溫度變化線圈280、282可以被控制以實現(xiàn)光學(xué)透明部分262和266與通道206內(nèi)部處的總體均勻溫度。例如，可以控制所述溫度變化線圈280和282以向氣室210B的相應(yīng)的部件提供相同的溫度。在一些其他實施方案中，依賴于在光學(xué)透明部分262和266中的每一個以及通道206處測量的溫度，可以控制溫度變化線圈280和282中的每一個的溫度以提供氣室210B的相應(yīng)的部件處的不同溫度從而提供氣室210B處的整體均勻溫度。

圖3是另一個示例性氣室310的截面圖。

像氣室210A、210B一樣，氣室310也包括一個通道306，通道306具有一個用于接收氣體樣本的入口304i和一個可以排出氣體樣本的出口304o。溫度變化材料(即溫度變化線圈380)聯(lián)接至通道306以控制通道306內(nèi)部的溫度。像溫度變化線圈280一樣，溫度變化線圈380可以是加熱材料或冷卻材料。

由第一端部件308f和第二端部件308s封閉所述通道306。第一端部件308f和第二端部件308s通過聯(lián)接件309f、309s可固定地且可移除地安裝至通道306的相應(yīng)的端。聯(lián)接件309f、309s可以是螺紋聯(lián)接件或者其他類似類型的聯(lián)接件。

不像氣室210A、210B的光學(xué)透明部分262、266，氣室310的光學(xué)透明部分362、366向內(nèi)定位在通道306內(nèi)。光學(xué)透明部分362、366在通道306的長度內(nèi)的位置可以隨著通道306的整體長度和整體光傳送所期望的光程而變化。依賴于待實施的吸收光譜法的類型，較短的光程可以足以在一個期望的靈敏度級別獲得數(shù)據(jù),因此，光學(xué)透明部分362、366可以進一步安裝在通道306內(nèi)以增強光學(xué)透明部分362、366的溫度穩(wěn)定性。在一些吸收光譜法分析中，數(shù)據(jù)可能要求一個高級別的靈敏度,因此，將期望較長的光程?？梢钥拷ǖ?06的任一端安裝光學(xué)透明部分362、366以使光程最大化。

通過將光學(xué)透明部分362、366向內(nèi)定位在通道306內(nèi)，光學(xué)透明部分362、366可以免于與氣室310的外部環(huán)境直接接合。光學(xué)透明部分362、366的溫度還可以受益于通過通道306的內(nèi)部溫度和/或圍繞通道306的溫度變化線圈380被調(diào)節(jié)。

為了將光學(xué)透明部分362、366向內(nèi)定位在通道306內(nèi)，一個延伸構(gòu)件可以安裝至通道306的一端，諸如通過聯(lián)接件309f、309s，同時所述延伸構(gòu)件在通道306內(nèi)向內(nèi)延伸。如圖3中示出的，第一延伸構(gòu)件390f具有第一構(gòu)件端392f，該第一構(gòu)件端通過聯(lián)接件309f安裝至通道306的第一端。第一延伸構(gòu)件390f具有第二構(gòu)件端392s，該第二構(gòu)件端在通道306內(nèi)向內(nèi)延伸。第一光學(xué)透明部分362在第二構(gòu)件端392s處安裝至第一延伸構(gòu)件。

在圖3中示出的實施例中，第一光學(xué)框架360f包含第一光學(xué)透明部分362并且第一光學(xué)框架360f安裝至第二構(gòu)件端392s。在一些其他實施方案中，第一光學(xué)透明部分362可以直接安裝到第一延伸構(gòu)件390f而不需要第一光學(xué)框架360f。

具有第一構(gòu)件端394f和第二構(gòu)件端394s的第二延伸構(gòu)件390s類似地將第二光學(xué)透明部分366安裝至通道306。第二光學(xué)框架360s包含第二光學(xué)透明部分366并且第二光學(xué)框架360s在第二構(gòu)件端394s處安裝至第二延伸構(gòu)件390s。

在一些實施方案中，護套可以用作延伸構(gòu)件390f、390s。

在一些實施方案中，第一端部件108f和第二端部件108s每一個都可以包括至少兩個光學(xué)層。將參考圖4A、圖4B、圖7A至圖7C以及圖8描述這樣的示例性實施方案。

圖4A是一個示例性氣室410A的截面圖。

類似于圖2A中示出的氣室210A，氣室410A包括一個通道406，通道406具有一個入口404i和一個出口404o。通道406也纏繞有溫度變化線圈480以幫助調(diào)節(jié)氣室410A的溫度并且尤其是調(diào)節(jié)通道406的溫度。通過安裝在通道406的第一端處的第一端部件408f和安裝在通道406的第二端處的第二端部件408s封閉所述通道406。第一端部件408f包括相應(yīng)的光學(xué)框架460f且第二端部件408s包括相應(yīng)的光學(xué)框架460s，以用于包含一對光學(xué)層。

如圖4A中示出的，第一端部件408f包含與第二光學(xué)層464隔開的第一光學(xué)層462，并且第二端部件408s包括與第二光學(xué)層468隔開的第一光學(xué)層466。第一端部件408f的第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464被定位以接收來自光源112的入射束50，并且第二端部件408s的第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468被定位以允許光傳送進出通道406。

第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464包含在第一光學(xué)框架460f內(nèi)，并且第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468包含在第二光學(xué)框架460s內(nèi)。例如，第一光學(xué)框架460f可以包括凹槽以用于接收第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464中的每一個，并且第二光學(xué)框架460s可以包括凹槽以用于接收第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468中的每一個。第一光學(xué)框架460f和第二光學(xué)框架460s安裝至通道406。

在圖4A中，光學(xué)層對462、464以及466、468大體上彼此平行。在一些實施方案中，諸如圖4B中示出的氣室410B，第一光學(xué)層462、466和第二光學(xué)層464、468可以相對于彼此以不同的角度定向。光學(xué)框架460f、460s可以供應(yīng)第一光學(xué)層462、466相對于第二光學(xué)層464、468的定向。

第一光學(xué)層462、466中的每一個與相應(yīng)的第二光學(xué)層464、468之間的間隔470可以幫助穩(wěn)定氣室410A的內(nèi)部溫度。這可能在氣室410A在高溫下運行期間尤其重要。

在一些實施方案中，可以排空每對光學(xué)層(即第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464，以及第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468)之間的間隔470以形成壓力降低區(qū)域。結(jié)果，間隔470可以幾乎被真空密封。在一些實施方案中，當?shù)谝还鈱W(xué)層462和第二光學(xué)層464之間的間隔470，以及第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468之間的間隔470填充有低導(dǎo)熱率特性的絕緣材料時，這些間隔可以被密封。絕緣材料可以是氣態(tài)材料，諸如環(huán)境空氣。

絕緣材料可以將通道406的內(nèi)部與測試環(huán)境隔離開，因此將通道406內(nèi)部的溫度與測試環(huán)境的溫度隔離開。熱量例如可以被捕獲在每對光學(xué)層(例如，第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464，以及第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468)之間，使得與氣體樣本直接接觸的光學(xué)層(例如，第二光學(xué)層464、468)的溫度可以相對穩(wěn)定。

在第一端部件408f和第二端部件408s處的成對光學(xué)層可以使與在高溫下運行氣室(諸如，410A)用于實施吸收光譜法分析相關(guān)聯(lián)的至少一些挑戰(zhàn)最小化。

第一光學(xué)層462、466和第二光學(xué)層464、468可以由能夠使光傳送損失盡可能最小化的材料形成。示例性材料可以包括玻璃材料、塑料材料和/或其他合適的材料。抗反射材料可以被施加到第一光學(xué)層462、466和第二光學(xué)層464和468中的每一個的至少一個表面以最小化反射損失?？狗瓷洳牧峡梢詼p少可能在第一光學(xué)層462、466和第二光學(xué)層464、468處發(fā)生的不受歡迎的反射。施加到第一光學(xué)層462、466和第二光學(xué)層464、468的抗反射材料的類型可以針對光束的不同波長和/或光束的入射角而變化。

為了進一步減小剩余反射，在第一端部件408f處的成對的光學(xué)層462和464，以及在第二端部件408s處的成對的光學(xué)層466和458可以與圖2A中示出的氣室210A的第一端部件208f和第二端部件208s以類似的方式傾斜。

如圖4A中示出的，第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464以及第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468大體上彼此平行，并且第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464相對于通道406的軸線407以端部傾斜角494f(θ_t,f)定向，第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468相對于通道406的軸線407以端部傾斜角494s(θ_t,s)定向。第二光學(xué)框架460s可以相對于軸線407以端部傾斜角494s(θ_t,s)定向并且第一光學(xué)框架460f可以相對于軸線407以端部傾斜角494f(θ_t,f)定向。端部傾斜角494s的值可以基本等于端部傾斜角494f的值，但是彼此鏡像對稱使得從通道的任一端離開的光束不偏離傳送路徑。

由于在成對的光學(xué)層之間的光束傳送，諸如第一傳送束50’在第二光學(xué)層468和第一光學(xué)層466之間的傳送，仍會造成剩余反射。參考圖5A描述包括第一光學(xué)層466處的剩余反射的一個示例性光傳送路徑。

圖5A示出在一個示例性氣室組件10的一部分處的一個示例性傳送路徑500A。圖5A中示出的示例性氣室組件10的該部分包括反射面111和與第二光學(xué)層468隔開間距(s₁)504的第一光學(xué)層466。

示例性傳送路徑500A示出通過第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468朝向反射面111傳送的第一傳送束550。示例性傳送路徑500A示出由于第一傳送束550和第一光學(xué)層466的相互作用產(chǎn)生剩余束562，并且由于第一傳送束550和第二光學(xué)層468的相互作用產(chǎn)生剩余束564。對于圖5A中示出的示例性氣室組件10的構(gòu)型，剩余束562在第二光學(xué)層468處與第一傳送束550干涉，并且也與剩余束564干涉。剩余束562和剩余束564之間的干涉以及剩余束562和第一傳送束550之間的干涉可以引起不受歡迎的光學(xué)噪聲。剩余束562、剩余束564和第一傳送束550的重疊總體上示出為圖5A中的512。

氣室組件10的各種特性可以影響剩余束562、564可以引起的光學(xué)噪聲的程度。示例性特性包括第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468之間的間隔、第一光學(xué)層466的厚度、第二光學(xué)層468的厚度和/或入射束50的直徑。

圖5B示出在示例性氣室組件10的一部分處的另一個示例性傳送路徑500B。在圖5B中，第一光學(xué)層466與第二光學(xué)層468隔開一個間隔(s₂)504’。間隔(s₂)504’大于圖5A中的間隔(s₁)504。通過增加第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468之間的間隔504，剩余束562’的傳送路徑在第二光學(xué)層468處不與光束550的傳送路徑重疊。剩余束562’的傳送路徑也不與剩余束564’的傳送路徑重疊。

圖5C示出在圖5A中示出的示例性氣室組件10的部分處的另一個示例性傳送路徑500C。類似于圖5A中示出的實施例，第一光學(xué)層466與第二光學(xué)層468隔開一個間隔(s₁)504。圖5C中的第一傳送束550’的直徑比圖5A中第一傳送束550的直徑更窄。如圖5C中示出的，由于第一傳送束550’的較窄的直徑，即使第一光學(xué)層466與第二光學(xué)層468隔開間隔(s₁)504，剩余束562”的傳送路徑在第二光學(xué)層468處也不與第一傳送束550’的傳送路徑重疊。類似地，由于第一傳送束550’的較窄的直徑，剩余束562”與剩余束564”也不彼此干涉。

再次參考圖1B和圖4A，第一光學(xué)層466與第二光學(xué)層468不平行于反射面111。因此，來自反射面111的反射束52的傳送路徑將不平行于第二傳送束50”的傳送路徑(例如，見圖1B)。如將參考圖6A至圖6C描述的，氣室組件100A、100B的各種特性可以影響反射束52的傳送路徑是否在第一光學(xué)層466處與第二傳送束50”的傳送路徑重疊。各種示例性特性可以包括第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468之間的間隔的尺寸、第一光學(xué)層466的厚度、第二光學(xué)層468的厚度和/或入射束50的直徑。

圖6A示出在示例性氣室組件10的一部分處的一個示例性傳送路徑600A。在圖6A中，反射面111被定位成與第一光學(xué)層466相距一個距離(d₁)602。在反射面111和第一光學(xué)層466的最遠點之間測量到距離(d₁)。

在圖6A中示出的傳送路徑600A中，第一傳送束650經(jīng)由第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468從通道406被傳送朝向反射面111。反射面111反射第一傳送束650以產(chǎn)生反射束652，并且將反射束652導(dǎo)向第一光學(xué)層466。如圖6A中示出的，反射束652的傳送路徑不平行于第一傳送束650的傳送路徑。相反，光束650的傳送路徑和光束652的傳送路徑在第一光學(xué)層466處彼此干涉。光束650和光束652的重疊總體示出為610。

圖6B示出在另一個示例性氣室組件10的一部分處的另一個示例性傳送路徑600B。在圖6B中，反射面111被定位成與第一光學(xué)層466相距一個距離(d₂)602’而不是圖6A中示出的實施例中的距離(d₁)602。距離(d₂)602’大于距離(d₁)602。通過增加第一光學(xué)層466與反射面111之間的距離602，光束652’的傳送路徑和光束650的傳送路徑在第一光學(xué)層466處不重疊。

圖6C示出在圖6A中示出的氣室組件10處的另一個示例性傳送路徑600C。在圖6C中示出的實施方案中，第一傳送束650’的直徑比圖6A中示出的第一傳送束650的直徑更窄。由于第一傳送束650’的較窄的直徑，即使反射面111被定位成與第一光學(xué)層466相距距離(d₁)602，反射束652”的傳送路徑與第一傳送束650’的傳送路徑在第一光學(xué)層466處也不重疊。

圖4B示出一個示例性氣室410B。除了成對的光學(xué)層462’和464以及466’和468的構(gòu)型以外，示例性氣室410B類似于氣室410A。

氣室410B的第一端部件408f’包括第一光學(xué)層462’和第二光學(xué)層464。第一光學(xué)層462’相對于第二光學(xué)層464以光學(xué)層傾斜角472f(θ_m,f)定位。第一光學(xué)框架460f’可以促進第一光學(xué)層462’相對于第二光學(xué)層464的定向。

類似地，第二端部件408s’包括第一光學(xué)層466’，該第一光學(xué)層466’也相對于第二光學(xué)層468以光學(xué)層傾斜角472s(θ_m,s)定位。光學(xué)層傾斜角472f可以具有與光學(xué)層傾斜角472s的值相同的值，但是光學(xué)層傾斜角472f與光學(xué)層傾斜角472s鏡像對稱。第二光學(xué)框架460s’也可以促進第一光學(xué)層466’相對于第二光學(xué)層468的定向。

第一光學(xué)層462’相對于第二光學(xué)層464以光學(xué)層傾斜角472f的定向，以及第一光學(xué)層466’相對于第二光學(xué)層468以光學(xué)層傾斜角472s的定向可以有助于減少由于如下剩余反射造成的所有光學(xué)噪聲，即，在第一光學(xué)層462’和第二光學(xué)層464之間產(chǎn)生的剩余反射以及在第一光學(xué)層466’和第二光學(xué)層468之間產(chǎn)生的剩余反射。通過使第一光學(xué)層462’、466’相對于第二光學(xué)層464、468傾斜，由第一光學(xué)層462’、466’和第二光學(xué)層464、468產(chǎn)生的剩余反射將不平行于入射束50行進并且因此，光學(xué)噪聲可以減少。

如參考圖6A至圖6C描述的，氣室組件10的各種特性都會影響氣室內(nèi)的光傳送路徑，所述特性諸如第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464之間的間隔的尺寸、第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468之間的間隔的尺寸、第一光學(xué)層462、466的厚度、第二光學(xué)層464、468的厚度以及入射束50的直徑。因為光學(xué)層傾斜角472f、472s也可以使光傳送路徑變化，光學(xué)層傾斜角472f、472s的值可以隨著氣室組件10的特性而變化。

在一些實施方案中，第二光學(xué)層464也可以替代地相對于第一光學(xué)層462’以光學(xué)層傾斜角472f傾斜，且第二光學(xué)層468也可以替代地相對于第一光學(xué)層466’以光學(xué)層傾斜角472s傾斜。在一些實施方案中，第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464可以相對于彼此以及相對于光學(xué)框架460f的縱向軸線傾斜，且第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468可以相對于彼此以及相對于光學(xué)框架460s的縱向軸線傾斜。

在一些實施方案中，光學(xué)層傾斜角472f、472s中的每一個都可以大于0度且在10度以下或等于10度。可以使用用于光學(xué)層傾斜角472f、472s的其他值。

圖7A是另一個示例性氣室710A的截面圖。

除了第一端部件708f和第二端部件708s以外，氣室710A總體類似于圖4A中示出的氣室410A。在圖7A中，第一端部件708f包括第一光學(xué)框架460f和安裝在其上的護套790f，該第一光學(xué)框架460f包含第一光學(xué)層462和第二光學(xué)層464，并且第二端部件708s包括第二光學(xué)框架460s和安裝在其上的護套790s，該第二光學(xué)框架460s包含第一光學(xué)層466和第二光學(xué)層468。如參考圖2A描述的，護套790f、790s可以有助于穩(wěn)定在通道406與光學(xué)透明部分(諸如，光學(xué)層462、464、466和468)之間的溫度。使用護套790f、790s，可以調(diào)節(jié)第一光學(xué)層462和466的溫度，因為它們不直接暴露到測試環(huán)境。

另外，護套790f、790s可以有助于使光學(xué)層462和464之間的間隔470以及光學(xué)層466和468之間的間隔470內(nèi)的溫度變化最小化。光學(xué)層462和464之間的間隔470以及光學(xué)層466和468之間的間隔470內(nèi)的溫度的特點可以用如下溫度梯度描繪，該溫度梯度的值從第二光學(xué)層464、468朝向第一光學(xué)層462、466降低。護套790f、790s可以減小間隔470內(nèi)的溫度變化。結(jié)果，在第一光學(xué)層462、466處形成冷點和熱點的可能性可以被最小化。

圖7B示出另一個示例性氣室710B。

類似于圖7A中示出的氣室710A，第一端部件708f’包括安裝到相應(yīng)的光學(xué)框架460f的護套790f，第二端部件708s’包括安裝到相應(yīng)的光學(xué)框架460s的護套790s。不像氣室710A，氣室710B包括聯(lián)接至護套790f、790s中的每一個的溫度變化材料。圖7B中示出的溫度變化材料是溫度變化線圈782。像圖2B中示出的溫度變化線圈282，溫度變化線圈782可以有助于使成對的光學(xué)層462和464以及466和468處的溫度相對于通道406內(nèi)部是穩(wěn)定的。溫度變化線圈782還可以減小在間隔470內(nèi)的溫度梯度的變化程度。

像圖2B中示出的溫度變化線圈280、282，可以控制溫度變化線圈780、782以影響成對的光學(xué)層762和764以及766和768以及通道406內(nèi)部處的總體均勻溫度。例如，可以控制溫度變化線圈780和溫度變化線圈782以向氣室710B的相應(yīng)的部件提供相同的溫度。在一些其他實施方案中，依賴于在每對光學(xué)層762和764以及766和768以及通道406處測量的溫度，可以控制每一個溫度變化線圈780和782的溫度以提供氣室710B的相應(yīng)的部件處的不同溫度從而提供在氣室710B處的整體均勻溫度。

圖7C示出另一個示例性氣室710C。

氣室710C總體上相應(yīng)地類似于圖4B中示出的氣室410B，除了第一端部件708f”和第二端部件708s”。在圖7B中，第一端部件708f”包括第一光學(xué)框架460f’和安裝在其上的護套790f，該第一光學(xué)框架460f’包含第一光學(xué)層462’和第二光學(xué)層464，并且第二端部件708s”包括第二光學(xué)框架460s’和安裝在其上的護套790s，該第二光學(xué)框架460s’包含第一光學(xué)層466’和第二光學(xué)層468。如參考圖4B描述的，第一光學(xué)層462’相對于第二光學(xué)層464以光學(xué)層傾斜角472f(θ_m,f)定位，并且第一光學(xué)層466’相對于第二光學(xué)層468以光學(xué)層傾斜角472s(θ_m,s)定位。在圖7C中示出的實施例中，護套790f、790s中的每一個都與溫度變化線圈782聯(lián)接。應(yīng)理解，氣室710C的一些實施方案可以包括不與溫度變化線圈782聯(lián)接的護套790f、790s。

圖8是另一個示例性氣室810的截面圖。

氣室810包括一個通道806，該通道806具有一個入口804i和一個出口804o。溫度變化線圈880圍繞所述通道806以調(diào)節(jié)所述通道806內(nèi)的溫度。所述通道806被第一端部件808f和第二端部件808s封閉。第一端部件808f和第二端部件808s通過聯(lián)接件809f、809s可固定地且可移除地安裝至通道806的相應(yīng)的端。聯(lián)接件809f、809s可以是螺紋聯(lián)接件或者其他類似類型的聯(lián)接件。

類似于氣室710A、710B和710C，氣室810包括在第一端部件808f處的一對光學(xué)層和在第二端部件808s處的一對光學(xué)層。第一端部件808f包括第一光學(xué)層862和與第一光學(xué)層862隔開一個間隔870的第二光學(xué)層864，并且第二端部件808s包括第一光學(xué)層866和與第一光學(xué)層866隔開一個間隔870的第二光學(xué)層868。然而，不像氣室710A、710B和710C，成對的光學(xué)層862、864和866、868向內(nèi)定位在氣室810內(nèi)。

如參考氣室310描述的，將成對的光學(xué)層862、864和866、868向內(nèi)定位在通道806內(nèi)可以使成對的光學(xué)層862、864和866、868免于直接接合氣室810的外部環(huán)境。結(jié)果，成對的光學(xué)層862、864和866、868處的溫度較不易受外部環(huán)境溫度的影響。另外，成對的光學(xué)層862、864和866、868的溫度可以受益于通過通道806的內(nèi)部溫度和/或圍繞通道806的溫度變化線圈880被調(diào)節(jié)。

成對的光學(xué)層862、864和866、868在通道806的長度內(nèi)的位置可以隨著通道806的整體長度和整體光傳送所期望的光程而變化。類似于圖3中示出的實施方案，成對的光學(xué)層862、864和866、868在通道806內(nèi)安裝的位置可以隨著待實施的吸收光譜法的類型而變化。當較不敏感的數(shù)據(jù)測量滿足要求時，較短的光程可以用于吸收光譜法并且因此，成對的光學(xué)層862、864和866、868可以較遠地安裝在通道806內(nèi)以使成對的光學(xué)層862、864和866、868的溫度調(diào)節(jié)最大化。然而，當數(shù)據(jù)要求一個高級別靈敏度時，則期望較長的光程，因此，成對的光學(xué)層862、864和866、868可以安裝成較靠近通道806的任一端以最大化光程。

如圖8中示出的，第一延伸構(gòu)件890f可以將成對的光學(xué)層862、864向內(nèi)安裝在通道806內(nèi)并且第二延伸構(gòu)件890s可以將成對的光學(xué)層866、868向內(nèi)安裝在通道806內(nèi)。延伸構(gòu)件890f具有通過聯(lián)接件809f安裝至通道806的相應(yīng)端的第一構(gòu)件端892f，且延伸構(gòu)件890s具有通過聯(lián)接件809s安裝至通道806的相應(yīng)端的第一構(gòu)件端894f。延伸構(gòu)件890f具有在通道806內(nèi)向內(nèi)延伸的第二構(gòu)件端892s，且延伸構(gòu)件890s具有在通道806內(nèi)向內(nèi)延伸的第二構(gòu)件端894s。成對的光學(xué)層862、864安裝至第二構(gòu)件端892s，且成對的光學(xué)層866、868安裝至第二構(gòu)件端894s。

光學(xué)框架，諸如860f和860s可以包含相應(yīng)的成對的光學(xué)層862、864和866、868。如圖8中示出的，光學(xué)框架860f和860s安裝至第二構(gòu)件端892s、894s。在一些其他實施方案中，成對的光學(xué)層862、864和866、868可以直接安裝至第二構(gòu)件端892s、894s而不需要光學(xué)框架860f和860s。

在一些實施方案中，護套可以用作延伸構(gòu)件890f、890s。

在這里，僅通過示例方式描述了多種實施方案。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對這些示例性實施方案進行多種改型和變化，本發(fā)明的范圍僅由隨附的權(quán)利要求限定。