CN100373151C - 用于气体分析的激光喇曼样品池 - Google Patents

Abstract

一种用于气体分析的激光喇曼样品池，属于微量气体检测技术领域。本发明由上、中、下三段联接而成，上段上下各设有一个小孔光阑，中间设有球面激光全反镜，其曲率中心在中段的中心处，侧面设有气嘴；中段内部是柱形孔，中段前方侧面开一侧孔，侧孔内镶嵌一中空圆柱体，该圆柱体深入中段内部的一端，贴带狭缝的薄圆片，薄圆片后设有一个干涉滤光片，该滤光片封闭狭缝；下段同样上下各设一小孔光阑，中间有会聚透镜，其焦点也在中段的中心处。与传统的样品池相比，本发明首先在收集效率上有明显的提高，同时由于它是安装于光谱仪上的，所以结构紧凑，而且机械安装与光学分开，所以密封性好，抗震动干扰，能在工业现场甚至在户外使用。

Description

用于气体分析的激光喇曼样品池

技术领域

本发明涉及一种气体样品池，具体是一种用于气体分析的激光喇曼样品池。属于微量气体检测技术领域。

背景技术

喇曼(Raman)技术已经被广泛地用在大气监测以及工业生产和燃烧过程中生成物的气体分析中。其灵敏度已达到1ppm。然而传统的及近年来改进型的Raman样品池都是独立于Ranman光谱仪的。样品池中产生的Raman散射光必须经过外光路系统才能高效的耦合到光谱仪的狭缝中去。这样的仪器设备结构松散，尺寸大，对振动及背景光敏感，使用调整困难，通过只能被安装在有光学减震平台的暗室中。

经对现有技术的文献检索发现，美国专利号：4676639，发明名称：Salt LakeCity Uath(用于激光喇曼的气体样品池)，它是一常规样品池，它采用内部孔型结构，在两端处分别装有2种棱镜，内部是光路设计，激光只在腔内进行一次激发。由于不是固定安装于光谱仪上，所以结构松散，难以安装，无法在实验室之外的实用场合下实用。同时从设计原理上讲，它的收集效率偏低。在目前基于Raman技术的气体检测中，很难依靠常规气体样品池实现痕量气体现场检测所要求的灵敏度和精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种用于气体分析的激光喇曼样品池，使其能在工业现场甚至在户外使用，样品池带有一个狭缝，它可以直接安装到光谱仪箱体上光谱仪本身的狭缝不再需要，外光路系统也不再需要。同时尺寸更小，结构紧凑，不用调整，使用方便对振动和光背景不敏感的。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由上、中、下三段联接而成，三段同体。

所述的上段，上下各设有一个小孔光阑用来阻止杂散光进入样品，中间设有球面激光全反镜，其曲率中心就在中段的中心处，侧面安装进气嘴，以便样品气体的注入和抽出。

所述的中段，内部是柱形孔，经研磨成为柱形镜面，也可以精铣后电镀形成镜面，它将后向散射光再次反射回到狭缝，使Raman信号增强。中段前方侧面开一圆孔，孔内镶嵌一中空圆柱体，该圆柱体深入中段内部的一端贴带狭缝的薄圆片，薄圆片后设有一个阻断激光本身及其瑞利散射的干涉滤光片。该滤光片除用来防止漫反射的激光和气体的瑞利散射光进入光谱仪之外，它同时有封闭狭缝，实现样品池整体密封的作用。

所述的下段，同样上下各设有一小孔光阑，阻止外部杂散光及激光器射出的外围光束进入样品池。中间设有会聚透镜，其焦点也在中段的中心处，激光束正是从下段入射，经会聚透镜聚焦，并在中段中心处激光束变细后再进入上段。上段的球面全反射再把激光束按原路反射回来再次在中段中心处形成激光束腰，使Raman信号增强。

本发明工作时，激光从下段入射，经会聚透镜会聚，并在中心处光束变细后再进入上段。上段的球面全反射再把激光束按原路反射回来再次在中段中心处形成激光束腰，这样激光能两次激发气体，使喇曼信号增强。而下段的小孔光阑阻止外部杂散光及激光器射出的外围光束进入样品池，完整整个激发过程。

本发明是用于激光Raman气体分析技术中的样品池。它实际上是样品池和光谱仪入射狭缝的结合体。用近场效应来提高Raman散射光的收集效率。

传统样品池外光路系统用聚焦效应来提高Raman散射光的收集效率：

μ1＝α²/4π·b/d·T。

本发明样品池Raman散射收集效率：

μ2＝α/4π·b/1·α 1/d

＝α²/4π·b/d

(α＝d/1)；

其中：α仪器的角扩展度一最大收集角，在设计中使α＝d/1是必要的；

d为激光束横截面直径；

1为激光束离狭缝的距离；

b为狭缝宽度；

T。为外光路系统的透过率，大约在0.8-0.9范围内。

由此可见本发明收集效率比传统方法略胜一筹。再加上它结构紧凑，密封性好，抗震动干扰，抗背景光干扰，均有明显改善。

与传统的样品池相比，本发明首先在收集效率上有明显的提高，同时由于它是安装于光谱仪上的，所以结构紧凑，而且机械安装与光学分开，所以密封性好，抗震动干扰，能在工业现场甚至在户外使用。

附图说明

图1本发明结构示意图

图2本发明上段结构示意图

图3本发明中段结构示意图

图4本发明下段结构示意图

具体实施方式

如图1-4所示，本发明由上、中、下三段联接而成。上段1上下各设有一个小孔光阑4、5，中间设有球面激光全反镜6，其曲率中心在中段2的中心处，侧面设有气嘴7。中段2内部是柱形孔，经研磨成为柱形镜面，或者精铣后电镀形成镜面，中段2前方侧面开一侧孔，侧孔内镶嵌一中空圆柱体，该圆柱体深入中段内部的一端，贴带狭缝的薄圆片11，薄圆片11后安装一个阻断激光本身及其瑞利散射的干涉滤光片12，该滤光片12封闭狭缝。下段3同样上下各设一小孔光阑15、16，中间有会聚透镜17，其焦点也在中段2的中心处。

上段1还设有O型密封圈8、法兰盘9、光阑薄片10，O型密封圈8设置于上段1顶部内侧，用于安装和密封，法兰盘9设置于侧内壁，用于压球面激光全反镜6，光阑薄片10设置于上段1底部。

中段2还设有压环13、密封圈14，压环13设置于密封圈14和中段2底部之间，用来压住下段3的会聚透镜17的。密封圈14设置于压环13与滤光片12、压环13与会聚透镜17之间，用于密封。

下段3还设有光阑薄片18、压环19、O型密封圈20，光阑薄片18设置于下段3最低端，防止出射激光进入样品池，压环19设在光阑薄片18上面，压住光阑薄片18，O型密封圈20设置在会聚透镜17上面，用于密封和调整会聚透镜17。

Claims (4)

1.一种用于气体分析的激光喇曼样品池，由上、中、下三段联接而成，其特征在于，上段(1)上下各设有一个小孔光阑(4、5)，中间设有球面激光全反镜(6)，其曲率中心在中段(2)的中心处，侧面设有气嘴(7)；中段(2)内部是柱形孔经研磨成为柱形镜面，或者精铣后电镀形成镜面，中段(2)前方侧面开一侧孔，侧孔内镶嵌一中空圆柱体，该圆柱体深入中段内部的一端，贴带狭缝的薄圆片(11)，薄圆片(11)后设有一个干涉滤光片(12)，该滤光片(12)封闭狭缝；下段(3)同样上下各设一小孔光阑(15、16)，中间有会聚透镜(17)，其焦点也在中段(2)的中心处。

2.根据权利要求1所述的用于气体分析的激光喇曼样品池，其特征是，上段(1)还设有O型密封圈(8)、法兰盘(9)、光阑薄片(10)，O型密封圈(8)设置于上段(1)顶部内侧，用于安装和密封，法兰盘(9)设置于侧内壁，用于压球面激光全反镜(6)，光阑薄片(10)设置于上段(1)底部。

3.根据权利要求1所述的用于气体分析的激光喇曼样品池，其特征是，中段(2)还设有压环(13)、密封圈(14)，压环(13)设置于密封圈(14)和中段(2)底部之间，用来压住下段(3)的会聚透镜(17)，密封圈(14)设置于压环(13)与滤光片(12)、压环(13)与会聚透镜(17)之间，用于密封。

4.根据权利要求1所述的用于气体分析的激光喇曼样品池，其特征是，下段(3)还设有光阑薄片(18)、压环(19)、O型密封圈(20)，光阑薄片(18)设置于下段(3)最低端，压环(19)设在光阑薄片(18)上面，压住光阑薄片(18)，O型密封圈(20)设置在会聚透镜(17)上面，用于密封和调整会聚透镜(17)。

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