本發(fā)明涉及光譜分析儀器，尤其是一種基于橢球結(jié)構(gòu)的氣體光譜測試裝置。

背景技術(shù)：

光譜分析技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于測量物質(zhì)的化學(xué)組成和相對含量。這種技術(shù)具有操作簡單、反應(yīng)靈敏、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確諸多方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)需要使用定光程光譜測量時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的裝置僅僅是固定了出射光出口和感光器件的位置，使出射光直接經(jīng)氣體樣品射入感光器件，用以固定整條光路的光程。存在的問題是，該結(jié)構(gòu)使得光只能以固定角度射入感光器件，大大增加了因樣品的不均勻、空間位置的變化、入射角度的改變以及光的反射、散射、偏振對測量數(shù)據(jù)的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果可重復(fù)再現(xiàn)性差，監(jiān)測精準(zhǔn)度低的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于橢球結(jié)構(gòu)的氣體光譜測試裝置，本發(fā)明借助光在橢圓球體結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播特性，將出射光位置和感光器位置分別定在橢球測量單元的左焦點(diǎn)及右焦點(diǎn)上，并在左焦點(diǎn)上設(shè)置凹透鏡，在右焦點(diǎn)上設(shè)置電荷耦合元件，凹透鏡發(fā)出的光經(jīng)過橢球測量單元的鏡面多角度發(fā)散，通過氣體樣品后并反射入電荷耦合元件處，保證了經(jīng)過橢球測量單元內(nèi)氣體樣品的光程固定，該結(jié)構(gòu)降低了由于入射光的形狀和角度變化以及氣體樣品分布的不均勻?qū)y量結(jié)果造成的影響，提高了測量的可重復(fù)再現(xiàn)性，做到了對氣體樣品等光程且多角度的光譜測量，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種基于橢球結(jié)構(gòu)的氣體光譜測試裝置，特點(diǎn)是該裝置包括入射光處理單元、出射光處理單元及橢球測量單元，所述入射光處理單元由單色器、光源、入射光通道和凹透鏡構(gòu)成，且單色器上設(shè)有入光口和出光口；所述出射光處理單元由固定橫軸、固定縱軸、電荷耦合元件及上位機(jī)構(gòu)成；所述橢球測量單元為金屬制成的橢圓球殼體，其內(nèi)壁涂覆白色鏡面反射材料，橢圓球殼體內(nèi)設(shè)有赤道長半徑及赤道短半徑，赤道長半徑上分別設(shè)有左焦點(diǎn)及右焦點(diǎn)，橢圓球殼體壁上設(shè)有入氣口、出氣口及氣壓監(jiān)測口，且氣壓監(jiān)測口上設(shè)有氣壓傳感器。

所述入射光處理單元的入射光通道設(shè)于赤道長半徑的延長線上，且由左焦點(diǎn)穿透至橢球測量單元的外側(cè)，凹透鏡設(shè)于入射光通道的末尾端，凹透鏡的左焦點(diǎn)與橢球測量單元的左焦點(diǎn)重合，單色器、光源均設(shè)于橢球測量單元的外側(cè)，單色器的出光口設(shè)于入射光通道的起始端，光源與單色器的入光口之間光連接。

所述出射光處理單元的固定縱軸設(shè)于橢球測量單元的赤道短半徑上，固定橫軸設(shè)于橢球測量單元的赤道長半徑上且位于右焦點(diǎn)至固定橫軸之間，電荷耦合元件設(shè)于固定橫軸的一端與橢球測量單元的右焦點(diǎn)重合，上位機(jī)設(shè)于橢球測量單元的外側(cè)，線纜穿過固定縱軸及固定橫軸將電荷耦合元件與上位機(jī)連接，線纜還將上位機(jī)與單色器連接。

所述的入射光通道為外表面涂覆白色鏡面反射材料的管狀件。

所述的固定縱軸及固定橫軸均為外表面涂覆白色鏡面反射材料的管狀件。

所述的電荷耦合元件為背照薄型電荷耦合光傳感器，其選擇波段的波長范圍為2微米到300微米。

所述的單色器上設(shè)有入光口和出光口,其選擇波段的波長范圍為5微米到200微米。

本發(fā)明借助光在橢圓球體結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播特性，將出射光位置和感光器位置分別定在橢球測量單元的左焦點(diǎn)及右焦點(diǎn)上，并在左焦點(diǎn)上設(shè)置凹透鏡，在右焦點(diǎn)上設(shè)置電荷耦合元件，凹透鏡發(fā)出的光經(jīng)過橢球測量單元的鏡面多角度發(fā)散，通過氣體樣品后并反射入電荷耦合元件處，保證了經(jīng)過橢球測量單元內(nèi)氣體樣品的光程固定，該結(jié)構(gòu)降低了由于入射光的形狀和角度變化以及氣體樣品分布的不均勻?qū)y量結(jié)果造成的影響，提高了測量的可重復(fù)再現(xiàn)性，做到了對氣體樣品等光程且多角度的光譜測量，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明橢球測量單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參閱圖1、圖2，本發(fā)明包括入射光處理單元1、出射光處理單元2及橢球測量單元3，所述入射光處理單元1由單色器12、光源13、入射光通道10和凹透鏡11構(gòu)成，且單色器12上設(shè)有入光口和出光口；所述出射光處理單元2由固定橫軸21、固定縱軸22、電荷耦合元件25及上位機(jī)24構(gòu)成；所述橢球測量單元3為金屬制成的橢圓球殼體，其內(nèi)壁涂覆白色鏡面反射材料，橢圓球殼體內(nèi)設(shè)有赤道長半徑及赤道短半徑，赤道長半徑上分別設(shè)有左焦點(diǎn)及右焦點(diǎn)，橢圓球殼體壁上設(shè)有入氣口31、出氣口32及氣壓監(jiān)測口，且氣壓監(jiān)測口上設(shè)有氣壓傳感器34。

本發(fā)明入射光處理單元1的入射光通道10設(shè)于赤道長半徑的延長線上，且由左焦點(diǎn)穿透至橢球測量單元3的外側(cè)，凹透鏡11設(shè)于入射光通道10的末尾端與橢球測量單元3的左焦點(diǎn)重合，單色器12、光源13均設(shè)于橢球測量單元3的外側(cè)，單色器12的出光口設(shè)于入射光通道10的起始端，光源13與單色器12的入光口之間光連接。

本發(fā)明出射光處理單元2的固定縱軸22設(shè)于橢球測量單元3的赤道短半徑上，固定橫軸21設(shè)于橢球測量單元3的赤道長半徑上且位于右焦點(diǎn)至固定橫軸21之間，電荷耦合元件25設(shè)于固定橫軸21的一端與橢球測量單元3的右焦點(diǎn)重合，上位機(jī)24設(shè)于橢球測量單元3的外側(cè)，線纜穿過固定縱軸22及固定橫軸21將電荷耦合元件25與上位機(jī)24連接，線纜還將上位機(jī)24與單色器12連接。

所述的入射光通道10為外表面涂覆白色鏡面反射材料的管狀件。

所述的固定縱軸22及固定橫軸21均為外表面涂覆白色鏡面反射材料的管狀件。

所述的電荷耦合元件25為背照薄型電荷耦合光傳感器，其選擇波段的波長范圍為2微米到300微米。

所述的單色器12上設(shè)有入光口和出光口,其選擇波段的波長范圍為5微米到200微米。

實(shí)施例

本實(shí)施例以電荷耦合元件25選擇波段的波長為2微米到300微米、單色器12選擇波段的波長為5微米到200微米為例。

前期準(zhǔn)備工作

參閱圖1、圖2，為便于測試過程自動(dòng)完成，本發(fā)明與程序控制器及計(jì)算機(jī)配合使用，本發(fā)明在入氣口31及出氣口32上設(shè)有電磁閥，在出氣口32上連接抽氣泵；計(jì)算機(jī)連接程序控制器，程序控制器分別與入射光處理單元1上光源13的開關(guān)、射光處理單元2上的上位機(jī)24、橢球測量單元3上入氣口31與出氣口32的電磁閥、抽氣泵及氣壓傳感器34連接。

氣體樣品的投放

參閱圖1、圖2，分析氣體樣品時(shí)，將樣品存儲瓶連接到橢球測量單元3的入氣口31上，程序控制器控制抽氣泵啟動(dòng)，使橢球測量單元3內(nèi)獲得設(shè)定的氣壓值，氣壓傳感器34將檢測的氣壓值傳輸?shù)匠绦蚩刂破?，?dāng)氣壓值到達(dá)設(shè)定值時(shí)，程序控制器控制抽氣泵關(guān)閉、入氣口31與出氣口32的電磁閥關(guān)閉，待橢球測量單元3內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，程序控制器啟動(dòng)上位機(jī)24向單色器12輸入色散的波長信號，并通過電荷耦合元件25收集相應(yīng)的波長光強(qiáng)信號，上位機(jī)24同時(shí)記錄單色器12輸出的波長信號與電荷耦合元件25的對應(yīng)波長光的光強(qiáng)信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，成功描繪出相應(yīng)氣體樣品的光譜圖。

氣體光譜的測試過程

參閱圖1、圖2，當(dāng)分析氣體樣品充入橢球測量單元3并達(dá)到設(shè)定的氣壓值時(shí)，程序控制器打開光源13的開關(guān)，光源13的復(fù)色光射入單色器12并通過單色器12的色散，獲得實(shí)驗(yàn)需要的單色光，單色光經(jīng)過入射光通道10穿過橢球測量單元3到達(dá)凹透鏡11上，由于凹透鏡11的左焦點(diǎn)與橢球測量單元3的左焦點(diǎn)重合， 使平行入射的單色光在凹透鏡11處散射開，且這些散射開的光線的反向延長線均經(jīng)過橢球測量單元3的左焦點(diǎn)，單色光經(jīng)過凹透鏡11散射后，發(fā)射到橢球測量單元3的內(nèi)表面，再由橢球測量單元3的內(nèi)表面反射到右焦點(diǎn)，由于電荷耦合元件25與橢球測量單元3的右焦點(diǎn)重合，單色光在右焦點(diǎn)被電荷耦合元件25收集并轉(zhuǎn)化成電信號，上位機(jī)24同時(shí)記錄單色器12輸出的波長信號與電荷耦合元件25的對應(yīng)波長光的光強(qiáng)信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，成功描繪出相應(yīng)氣體樣品的光譜圖。

參閱圖1、圖2，本發(fā)明的入射光通道10與電荷耦合元件25均設(shè)在橢球測量單元3的赤道長半徑及其延長線上，固定縱軸22設(shè)于橢球測量單元3的赤道短半徑上，固定縱軸22設(shè)于入射光通道10與電荷耦合元件25之間，阻擋了單色器12平行入射的單色光，防止入射的單色光未經(jīng)橢球測量單元3鏡面的反射直接射入電荷耦合元件25中，避免了預(yù)期光程的減小。

參閱圖1、圖2，本發(fā)明采用單色器12、上位機(jī)24及電荷耦合元件25之間的電連接，從而使上位機(jī)24可以控制單色器12色散出的光信號波長，同時(shí)電荷耦合元件25傳輸出對應(yīng)波長光的光強(qiáng)信號，上位機(jī)24同時(shí)記錄單色器12色散出的光信號波長及電荷耦合元件25傳輸出對應(yīng)波長光的光強(qiáng)信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，成功描繪出相應(yīng)氣體樣品的光譜圖，保證了經(jīng)過橢球測量單元3內(nèi)氣體樣品的光程固定，該結(jié)構(gòu)降低了由于入射光的形狀和角度變化以及氣體樣品分布的不均勻?qū)y量結(jié)果造成的影響，提高了測量的可重復(fù)再現(xiàn)性，做到了對氣體樣品等光程且多角度的光譜測量，加之與程序控制器及計(jì)算機(jī)配合使用，使整個(gè)檢測過程做到一體化、自動(dòng)化且操作方便快捷。

參閱圖1、圖2，本發(fā)明采用在入射光通道10的光口處即橢球測量單元3的左焦點(diǎn)右側(cè)設(shè)置圓形鏡面的凹透鏡11，使凹透鏡11的左焦點(diǎn)與橢球測量單元3左焦點(diǎn)重合，在橢球測量單元3的右焦點(diǎn)上設(shè)置電荷耦合元件25，凹透鏡11將單色器12射入的平行光散射開來，平行光在橢球測量單元3內(nèi)多方位散射，散射的光經(jīng)橢球測量單元3內(nèi)壁鏡面反射后，又集中射入電荷耦合元件中，成功解決了入射光通道10的射出光只能從單一通道射入的問題。

本發(fā)明還采用了背照薄型電荷耦合光傳感器作為電荷耦合元件25，使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確，感光波段范圍更廣。