氣室組件和在吸收光譜法中的應(yīng)用
【專利說明】氣室組件和在吸收光譜法中的應(yīng)用
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求以下申請的優(yōu)先權(quán):2014年9月7日提交的中國專利申請N0.201410454301.1、名稱為“氣室組件和在吸收光譜法中的應(yīng)用”；2014年10月17日提交的美國臨時申請 N0.62/065，370、名稱為“Gas Cell Assembly and Applicat1ns inAbsorpt1n Spectroscopy” ；2015 年 2 月 25 日提交的中國專利申請 N0.201510087593.4、名稱為“氣室組件和在吸收光譜法中的應(yīng)用”;2015年3月24日提交的加拿大專利申請 N0.2，886，213、名稱為“Gas Cell Assembly and Applicat1ns in Absorpt1nSpectroscopy”;2015年5月26日提交的歐洲專利申請N0.15169283.7、名稱為“Gas CellAssembly and Applicat1ns in Absorpt1n Spectroscopy，，;2015年6月 11 日提交的美國專利申請N0.14/737，221、名稱為“Gas Cell Assembly and Applicat1ns in Absorpt1nSpectroscopy”。中國專利申請 N0.201410454301.1、美國臨時申請 N0.62/065，370、中國專利申請N0.201510087593.4、加拿大專利申請N0.2，886，213、歐洲專利申請N0.15169283.7和美國專利申請N0.14/737，221中的每一申請的全部公開內(nèi)容在此以參引方式被納入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]所描述的實(shí)施方案涉及一種氣室組件(gas cell assembly)并且涉及所述氣室組件在吸收光譜法中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0004]吸收光譜法通常用于各種物質(zhì)的含量分析。所述含量分析可包括所述物質(zhì)中各內(nèi)容物的鑒定和/或物質(zhì)中某一特定內(nèi)容物的量的鑒定。
[0005]總的來說，吸收光譜法包括測量電磁輻射吸收的光譜學(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了一定量的能量。吸收的強(qiáng)度由于物質(zhì)中存在的組分而不同并且隨著電磁輻射的頻率而變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文中描述的各種實(shí)施方案主要涉及氣室組件以及氣室組件在吸收光譜法中的應(yīng)用。
[0007]根據(jù)一些實(shí)施方案，提供了一種氣室組件，包含:氣室主體，該氣室主體具有:接收來自氣體源的氣體樣本的入口 ；沿著所述主體的縱向軸線的第一端部，所述第一端部允許光傳送進(jìn)出于所述主體，并且所述第一端部接收來自光源的入射束；與所述第一端部基本相對的第二端部，所述第二端部允許光傳送進(jìn)出于所述主體；以及，與所述入口聯(lián)接的通道，所述通道的長度由所述第一端部和所述第二端部限定，所述通道為所述氣體樣本以及至少所述第一端部和所述第二端部之間的入射束提供路徑；定位于所述主體外部的一個或多個反射面，所述一個或多個反射面包括與所述第二端部基本相對的反射面，所述一個或多個反射面從所述主體接收一種或多種形態(tài)(vers1n)的所述入射束并且將每種形態(tài)的所述入射束反射向所述主體；以及，檢測器，其用以從所述第一端部和所述第二端部之一接收最后形態(tài)的反射束，所述最后的反射束是所述一個或多個反射面導(dǎo)向所述檢測器的反射束，所述檢測器用以將對應(yīng)于所述最后形態(tài)的反射束的數(shù)據(jù)信號傳送到一個處理單元，所述處理單元用于基于所述數(shù)據(jù)信號分析所述氣體樣本。
[0008]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述入射束的光程(path length)基本由至少所述通道的長度以及所述一個或多個反射面的設(shè)置所限定，所述一個或多個反射面的設(shè)置在所述檢測器接收所述最后的反射束之前提供了一種形態(tài)的所述入射束在所述通道中的至少一次傳送以及相應(yīng)的一種形態(tài)的反射束在所述通道中的至少一次傳送。
[0009]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述一個或多個反射面包含與所述第一端部基本相對的第一反射面和與所述第二端部基本相對的第二反射面；以及所述光源還包括源引導(dǎo)面，用于接收來自所述光源的所述入射束，并將所述入射束導(dǎo)向所述第一端部，所述源引導(dǎo)面被基本定位在所述第一反射面和所述第一端部之間。
[0010]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述一個或多個反射面包含與所述第一端部基本相對的第一反射面和與所述第二端部基本相對的第二反射面；以及所述檢測器還包括檢測器引導(dǎo)面，用于接收來自所述第一端部的所述最后形態(tài)的反射束，并將所述最后形態(tài)的反射束導(dǎo)向所述檢測器，所述檢測器引導(dǎo)面被基本定位在所述第一反射面和所述第一端部之間
[0011]根據(jù)一些實(shí)施方案，其中所述一個或多個反射面包含第一反射面和與所述第二端部基本相對的第二反射面，所述第一反射面與所述第一端部基本相對，所述第一反射面具有:光源開口，用于接收來自所述光源的所述入射束，并將所述入射束導(dǎo)向所述第一端部；以及，檢測器開口，用于從所述第一端部接收所述最后形態(tài)的反射束，并將所述最后形態(tài)的反射束導(dǎo)向所述檢測器。
[0012]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第二反射面包括至少兩個相鄰的反射面，所述至少兩個相鄰的反射面被設(shè)置以將一種或多種形態(tài)的所述入射束交替地反射向所述主體。
[0013]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述一個或多個反射面包含第一反射面和第二反射面，所述第一反射面與所述第一端部基本相對，所述第一反射面具有光源開口，該光源開口用于接收來自所述光源的所述入射束，并將所述入射束導(dǎo)向所述第一端部；以及，所述第二反射面是與所述第二端部基本相對的反射面，所述第二反射面具有檢測器開口，該檢測器開口用于從所述第二端部接收所述最后形態(tài)的反射束，并將所述最后形態(tài)的反射束導(dǎo)向所述檢測器。
[0014]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第二反射面是可調(diào)節(jié)的，用于相對于所述光源開口改變所述檢測器開口的位置，所述檢測器開口的位置改變所述一種或多種形態(tài)的所述入射束的數(shù)量以及穿過所述通道的相應(yīng)的反射束的數(shù)量。
[0015]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述光源開口包含:第一光源開口，用于接收來自所述光源的第一入射束；以及，第二光源開口，用于接收來自所述光源的第二入射束；所述檢測器開口包含:第一檢測器開口，用于從所述第二端部接收所述最后形態(tài)的反射束，并且將所述最后形態(tài)的反射束導(dǎo)向所述檢測器，所述最后形態(tài)的反射束對應(yīng)于所述第一入射束；以及，第二檢測器開口，用于從所述第二端部接收所述第二入射束的形態(tài)，并且將所述第二入射束的形態(tài)導(dǎo)向所述檢測器和反射器部件中的至少一個，用于將所述第二入射束的形態(tài)導(dǎo)向所述檢測器。
[0016]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述光源包含一個或多個光源部件，并且所述第一入射束和所述第二入射束中的每一個由不同的光源部件提供。
[0017]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述檢測器包含一個或多個檢測器部件，且每一檢測器開口被設(shè)置以將相應(yīng)的光束引導(dǎo)至不同的檢測器部件。
[0018]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述一個或多個檢測器部件包括第一檢測器部件和第二檢測器部件，所述第二檢測器部件被定位在所述氣室組件的與所述第一檢測器部件不同的一端處；所述第一檢測器開口將所述最后形態(tài)的反射束導(dǎo)向所述第一檢測器部件；以及，所述第二檢測器開口將所述第二入射束的形態(tài)導(dǎo)向所述反射器部件，并且所述反射器部件將所述第二入射束的形態(tài)導(dǎo)向所述第二檢測器部件。
[0019]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第二光源開口被設(shè)置在所述第一反射面的基本中央位置；以及，所述第二檢測器開口被設(shè)置在所述第二反射面的基本中央位置處，所述第二檢測器開口相對于所述第二光源開口被定位，以防止所述第二入射束的形態(tài)從所述第二反射面的任何反射。
[0020]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部和所述第二端部中的至少一個的一部分與溫度變化材料相聯(lián)接，所述溫度變化材料通過一個或多個引線聯(lián)接至電源；以及，所述第二光源開口和所述第二檢測器開口被設(shè)置以從相應(yīng)的第一端部和第二端部接收所述一個或多個引線。
[0021 ] 根據(jù)一些實(shí)施方案，所述光源包括一個或多個光源部件；以及，所述第一入射束包括第一多程入射束和第二多程入射束，所述第一多程入射束和所述第二多程入射束中的每一個都接收自不同的光源部件，所述第一多程入射束通過所述通道的路徑與所述第二多程入射束通過所述通道的路徑徑向偏離。
[0022]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第二反射面可被調(diào)節(jié)，用于改變所述第一檢測器開口相對于所述第一光源開口的位置，所述第一檢測器開口的位置改變一種或多種形態(tài)的所述第一入射束中的若干種形態(tài)，以及穿過所述通道的相應(yīng)的反射束中的若干個反射束。
[0023]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部相對于所述第一反射面的定向防止所述第一端部處的剩余光束產(chǎn)生光學(xué)噪聲；以及，所述第二端部相對于所述第二反射面的定向防止所述第二端部處的剩余光束產(chǎn)生光學(xué)噪聲。
[0024]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部相對于所述主體的縱向軸線以第一傾斜角度定向；以及，所述第二端部相對于所述主體的縱向軸線以第二傾斜角度定向，所述第二傾斜角度是第一傾斜角度的鏡像對稱。
[0025]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部和所述第二端部中的至少一個的一部分與溫度變化材料相聯(lián)接。
[0026]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述溫度變化材料包含加熱材料，該加熱材料使得所述第一端部和所述第二端部中的至少一個的所述一部分的溫度增加。
[0027]根據(jù)一些實(shí)施方案，與所述溫度變化材料相聯(lián)接的、所述第一端部和所述第二端部中的至少一個的所述一部分是所述第一端部和所述第二端部的基本中央位置。
[0028]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述溫度變化材料成形為環(huán)形和圓形之一。
[0029]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述溫度變化材料通過一個或多個引線聯(lián)接至電源；以及所述第一反射面和所述第二反射面中的至少一個在基本中央位置具有引線開口，所述引線開口接收所述一個或多個引線。
[0030]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部牢固地聯(lián)接至所述主體，用于沿著所述主體的縱向軸線封閉所述主體的第一端；并且所述第二端部牢固地聯(lián)接至所述主體，用于封閉所述主體的第二端，所述第二端與所述第一端基本相對。
[0031]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部和所述第二端部中的每一個都通過相應(yīng)的密封件牢固地聯(lián)接至所述主體。
[0032]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部和所述第二端部中的每一個都通過螺紋聯(lián)接的方式牢固地聯(lián)接至所述主體。
[0033]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一端部和所述第二端部中的每一個都包含一個透明部分，以使得光傳送進(jìn)出于所述主體。
[0034]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述透明部分由玻璃材料和塑料材料中的至少一種形成。
[0035]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述透明部分的每個表面涂覆有抗反射材料。
[0036]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述一個或多個反射面包含用于光傳送的、具有一曲率半徑的反射鏡(mirror)。
[0037]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述通道基本被溫度變化材料所封閉，所述溫度變化材料用以改變所述氣體樣本的溫度。
[0038]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述溫度變化材料包含加熱材料，所述加熱材料用以使得所述氣體樣本的溫度高于所述氣室組件周圍的環(huán)境溫度。
[0039]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述溫度變化材料包含冷卻材料，所述冷卻材料用以使得所述氣體樣本的溫度低于所述氣室組件周圍的環(huán)境溫度。
[0040]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述溫度變化材料用以將所述氣體樣本的溫度改變至用戶指定的值。
[0041 ] 根據(jù)一些實(shí)施方案，所述入射束包含平行束。
[0042]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述氣室主體還包含出口，用于將所述氣體樣本從所述通道排出。
[0043]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述處理單元被設(shè)置為基于從所述檢測器接收的數(shù)據(jù)信號實(shí)施對所述氣體樣本的吸收光譜分析。
[0044]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述入射束的波長根據(jù)對所述氣體樣本實(shí)施的吸收光譜分析而改變。
[0045]根據(jù)一些實(shí)施方案，提供了上述的氣室組件的一個實(shí)施例用于實(shí)施氣體樣本的吸收光譜分析的用途。
[0046]根據(jù)一些實(shí)施方案，提供了一種吸收光譜系統(tǒng)，包含:用于傳送入射束的光源；氣室組件，該氣室組件具有:接收來自氣體源的氣體樣本的入口 ；與所述入口聯(lián)接的通道，所述通道為至少所述入射束以及所述氣體樣本提供路徑；相對于所述通道定位的檢測器，用于接收對應(yīng)于一種形態(tài)的所述入射束的最后的反射束，所述檢測器用以傳送對應(yīng)于所述反射束的數(shù)據(jù)信號；吸收光譜分析儀，其與所述氣室組件電通信，所述分析儀包含:通信模塊，其用以接收來自所述檢測器的數(shù)據(jù)信號；以及處理模塊，其用以基于所述數(shù)據(jù)信號實(shí)施對所述氣體樣本的吸收光譜分析；以及控制器模塊，其與所述吸收光譜分析儀以及所述氣室組件電通信，所述控制器模塊被設(shè)置以接收來自所述吸收光譜分析儀的控制信號。
[0047]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述吸收光譜系統(tǒng)包括上述的氣室組件的一個實(shí)施方案。
[0048]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述出口聯(lián)接至一個栗，所述栗用以引導(dǎo)來自所述氣體源的所述氣體樣本移動進(jìn)入所述入口以及移動離開所述出口。在一些實(shí)施方案中，所述栗可以是一個噴射栗。
[0049]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述入口通過采樣管聯(lián)接至所述氣體源，所述采樣管被插入所述氣體源的排氣口中。
[0050]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述采樣管中設(shè)有過濾器，所述過濾器與來自所述氣體源的初始?xì)怏w樣本相互作用以將污染物從該初始?xì)怏w樣本中移除，從而產(chǎn)生所述氣體樣本。
[0051]根據(jù)一些實(shí)施方案，過濾器位于所述排氣口外部，所述過濾器與來自所述氣體源的初始?xì)怏w樣本相互作用以將污染物從該初始?xì)怏w樣本中移除，從而產(chǎn)生所述氣體樣本。
[0052]根據(jù)一些實(shí)施方案，所述過濾