CN103472014B - 多维激光自动对准气体多次反射池探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，包括激光器、探测器、气体多次反射池和内置的多维调节架。气体多次反射池包括入射镜和反射镜，多维调节架位于入射镜的外侧，2个准直器分别安装在多维调节架上，激光器与第二准直器光路相连，探测器与第一准直器光路相连。激光器输出经第一准直器射入气体多次反射池，在池内经多次反射并经样品气体的吸收后，气体多次反射池的输出光线射入第二准直器，第二准直器传回的光线输出至探测器，探测器将携带气体吸收信息的光信号转换为电信号输出。其优点和积极效果在于：解决了传统气体多次反射池需要设置多组调节架分别进行入射光与出射光的传输问题，减小了设备体积，简化了装置的操作。

Description

多维激光自动对准气体多次反射池探测装置

技术领域

本发明涉及探测装置，特别涉及一种多维激光自动对准气体多次反射池探测装置。

背景技术

随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的工业废气、汽车尾气和烟尘颗粒等污染物质排入大气，造成大气的污染。要防治污染，首先要了解污染，要正确地了解污染物来源于何处，成分是什么，量有多少，影响有多大，危害有多深，只有对这一切做出周密、认真而广泛的调查研究后，才能制定出防治的办法和措施。因此，使用气体多次反射池对环境大气进行实时监控，可以了解和掌握大气组分的动态，起到监控和防治污染的作用，对大气环境的保护具有重要意义。

气体多次反射池对痕量气体浓度检测过程为：将待测气体通入气体多次反射池。激光器输出某种特定波长的调谐激光经准直器准直后入射到气体多次反射池，在池内经多次反射并经样品气体的吸收后，输出光被探测器接收，探测器将携带气体吸收信息的光信号转换为电信号，输入计算机进行后续处理与分析。

气体多次反射池是气体检测的重要环节，由于自身技术的局限性，传统气体多次反射池需要设置多组调节架分别进行入射光与出射光的传输，造成设备体积庞大，操作很繁琐。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种可以减小设备体积，简化操作的多维激光自动对准气体多次反射池探测装置。

为达到上述目的，本发明提供的多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，包括激光器、探测器和气体多次反射池，所述气体多次反射池包括池体，所述池体内设有入射镜和反射镜，所述气体多次反射池还包括内置的多维调节架和2个准直器，多维调节架位于入射镜的外侧，2个准直器分别安装在多维调节架上，第一准直器位于所述气体多次反射池的输出光路中，第二准直器位于所述气体多次反射池的输入光路中，所述准直器在多维调节架上固定安装的位置与入射镜的位置相关，由下式决定：

$x_n=x_0\cos n\mathrm{\θ}+\sqrt{\frac{d}{4f-d}}(x_0+2{\mathrm{fx}}_0^{\′})\sin n\mathrm{\θ},$

cosθ＝1-(d/2f)，

式中，x_n为准直器距入射镜中心的距离，x₀为入射孔中心距入射镜中心的距离，d为入射镜和反射镜的镜间距离，f为入射镜和反射镜的曲率半径，x0′为空间光线入射斜率，θ为空间光线的反射夹角，n为反射次数；确定第一准直器位置时，上式中n为1；确定第二准直器位置时，上式中n为反射次数；

所述入射镜设有入射孔和出射孔，所述激光器经传输光纤与所述第二准直器光路相连，探测器经传输光纤与第一准直器光路相连；

所述激光器输出特定波长的调谐激光经所述第二准直器由所述入射孔射入所述气体多次反射池，在池内经多次反射并经样品气体的吸收后，所述气体多次反射池的输出光线由所述出射孔射入所述第一准直器，所述第一准直器传回的光线输出至所述探测器，所述探测器将携带气体吸收信息的光信号转换为电信号输出。

本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，其中所述气体多次反射池为Herriott池，所述入射镜与所述反射镜面对面放置，由曲率半径相同的两个球面镜组成。

本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，其中所述探测器连接有计算机并将输出的电信号传输至计算机。

本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置的优点和积极效果在于：由于采用内置的多维调节架和2个准直器进行气体多次反射池的改进，解决了传统气体多次反射池需要设置多组调节架分别进行入射光与出射光的传输问题，减小了设备体积，简化了装置的操作。

下面将结合实施例参照附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置的实施例。

根据气体分子的选择吸收理论，气体分子只能吸收那些能量正好等于它的某两个能级的能量之差的光子，不同分子结构的气体会因为其不同结构所决定的不同能级而吸收不同频率的光子。气体分子结构各异，不同气体的吸收光谱也因分子结构不同而不同，因此检测某种特定波长光的吸收情况可以进行气体的定性和定量分析。

根据比尔-朗伯定律：波长为λ的单色光穿过长为L的气体多次反射池后：

I₍₁₎＝I₍₀₎exp[-α(λ)LC]

其中，I(0)、I(1)分别为入射和出射光强，α(λ)为气体对波长λ光的吸收系数，C为气体浓度，即：

$C=-\frac{1}{\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)L}ln\frac{I_{\left(1\right)}}{I_{\left(0\right)}}$

理想情况下，若己知波长λ光的吸收系数，通过测量经气体吸收后的光强，可得到待测气体样品的浓度C。

参照图1，本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置包括激光器11、探测器12、多维调节架8和气体多次反射池1。气体多次反射池1包括池体，池体内设有入射镜2和反射镜3，入射镜2设有入射孔5和出射孔4。

气体多次反射池1还包括内置的多维调节架8和2个准直器6、7。多维调节架8位于入射镜2的外侧，2个准直器6、7分别安装在多维调节架8上，第一准直器6位于气体多次反射池1的输出光路中，第二准直器7位于气体多次反射池1的输入光路中。激光器11经传输光纤与第二准直器7光路相连，探测器12经传输光纤与第一准直器6光路相连。

准直器6、7在多维调节架8上固定安装的位置与入射镜2的位置相关，由下式决定：

$x_n=x_0\cos n\mathrm{\θ}+\sqrt{\frac{d}{4f-d}}(x_0+2{\mathrm{fx}}_0^{\′})\sin n\mathrm{\θ},$

cosθ＝1-(d/2f)

式中，x_n为准直器距入射镜2中心的距离，x₀为入射孔中心距入射镜2中心的距离，d为入射镜2和反射镜3的镜间距离，f为入射镜2和反射镜3的曲率半径，x0′为空间光线入射斜率，θ为空间光线的反射夹角，n为反射次数；确定第一准直器6位置时，上式中n为1；确定第二准直器7位置时，上式中n为反射次数。

气体多次反射池1的光学系统较为简单的Herriott池，由两个球面镜组成。曲率半径相同的入射镜2和反射镜3面对面放置，形成多次反射腔。

本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置的工作过程是：激光器11输出特定波长的调谐激光经第二准直器7由入射孔5射入气体多次反射池1，在池内经多次反射并经样品气体的吸收后，气体多次反射池1的输出光线由出射孔4射入第一准直器6，第一准直器6传回的光线输出至探测器12，探测器12将携带气体吸收信息的光信号转换为电信号输出。

本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置的实施例中，探测器连接有计算机并将输出的电信号传输至计算机进行后续处理与分析。

本发明多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，解决了传统气体多次反射池需要设置多组调节架分别进行入射光与出射光的传输问题，减小了设备体积，简化了装置的操作。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，包括激光器(11)、探测器(12)和气体多次反射池(1)，所述气体多次反射池(1)包括池体，所述池体内设有入射镜(2)和反射镜(3)，其特征在于：所述气体多次反射池(1)还包括内置的多维调节架(8)和2个准直器(6、7)，所述多维调节架(8)位于所述入射镜(2)的外侧，2个所述准直器(6、7)分别安装在所述多维调节架(8)上，第一准直器(6)位于所述气体多次反射池(1)的输出光路中，第二准直器(7)位于所述气体多次反射池(1)的输入光路中，所述准直器(6、7)在多维调节架(8)上固定安装的位置与入射镜(2)的位置相关，由下式决定：

$x_n=x_0\cos n\mathrm{\θ}+\sqrt{\frac{d}{4f-d}}(x_0+2{\mathrm{fx}}_0^{\′})\sin n\mathrm{\θ},$

cosθ＝1-(d/2f)，

式中，x_n为准直器距入射镜(2)中心的距离，x₀为入射孔中心距入射镜2中心的距离，d为入射镜(2)和反射镜(3)的镜间距离，f为入射镜(2)和反射镜(3)的曲率半径，x₀′为空间光线入射斜率，θ为空间光线的反射夹角，n为反射次数；确定第二准直器(7)位置时，上式中n为1；确定第一准直器(6)位置时，上式中n为反射次数；

所述入射镜(2)设有入射孔(5)和出射孔(4)，所述激光器(11)经传输光纤与所述第二准直器(7)光路相连，所述探测器(12)经传输光纤与所述第一准直器(6)光路相连；所述激光器(11)输出特定波长的调谐激光经所述第二准直器(7)由所述入射孔(5)射入所述气体多次反射池(1)，在池内经多次反射并经样品气体的吸收后，所述气体多次反射池(1)的输出光线由所述出射孔(4)射入所述第一准直器(6)，所述第一准直器(6)传回的光线输出至所述探测器(12)，所述探测器(12)将携带气体吸收信息的光信号转换为电信号输出。

2.根据权利要求1所述的多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，其特征在于：其中所述气体多次反射池(1)为Herriott池，所述入射镜(2)与所述反射镜(3)面对面放置，由曲率半径相同的两个球面镜组成。

3.根据权利要求1或2所述的多维激光自动对准气体多次反射池探测装置，其特征在于：其中所述探测器(12)连接有计算机并将输出的电信号传输至所述计算机。