CN103837489A - 高灵敏度多次反射光学吸收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高灵敏度多次反射光学吸收装置，包括反射光学腔、端盖、中红外LED光源、两个光电二极管；端盖密封连接在反射光学腔的上下两端；在上下端盖上分别设有进气口、出气口；反射光学腔为不锈钢筒形构件，其内壁为粗磨后镀金形成的漫反射表面；反射光学腔沿侧壁轴向设置一个光学入口孔和两个光学出口孔；中红外LED光源设置在光学入口孔中；光电二极管设置在光学出口孔。本发明能在较小的空间内有效增长探测光程的长度，具有结构紧凑，调节方便，光路稳定，受环境温度影响小，灵敏度、检测精度高等特点，特别适合于舰船舱室环境中测量碳氢类爆炸气体的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测分析技术及光学技术领域，具体的说就是涉及一种多次反射光学吸收的装置。
背景技术
气体检测分析技术及光学技术中，一般利用近红外和中红外吸收光谱技术来测量空气中的气体成分。根据比尔朗伯定律，特定波长的光在气体中传播会被吸收，气体的吸光度与气体吸收路径长度和气体浓度乘积存在确定的指数关系，基于这一原理可以通过对吸光度的测量获得吸收气体的浓度。采用这种方法测量浓度较低的气体时，为了提高检测的灵敏度，需要增加气体的吸收路径长度。中国专利公开号CN1699971A的专利“可调多次反射光学吸收的方法及装置”中公开了一种可调多次反射光学吸收的方法及装置：采用多次反射的原理设计出一种光学吸收池，光束通过主反射镜和两个次反射镜反复来回多次反射，达到在较小的空间内有效地增长探测光程长度的目的，并且能够方便地更改反射次数，调节光程的长度，使检测结果最优化。该发明申请公布的技术方案达到在较小的空间内有效地增长探测光程长度的目的，可用于对测量大气中的痕量气体，但发明申请公布的技术方案存在着以下缺陷：一是需要安装主反射镜和两个次反射镜来实现多次反射，结构复杂，结构尺寸大，制造成本高；二是装置易受外界环境温度影响产生温度漂移，影响灵敏度和检测精度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种结构简单、紧凑，制造成本低，能显著减少外界环境温度的影响，检测灵敏度和检测精度高的高灵敏度多次反射光学吸收装置。
高灵敏度多次反射光学吸收装置，包括反射光学腔、端盖；所述端盖密封连接在反射光学腔的上下两端；在所述上下端盖上分别设有进气口、出气口；其改进之处在于：还包括一个中红外LED光源、两个光电二极管；所述反射光学腔为不锈钢筒形构件，其内壁为粗磨后镀金形成的漫反射表面；所述反射光学腔沿侧壁轴向设置一个光学入口孔和两个光学出口孔；所述中红外LED光源设置在光学入口孔中；所述光电二极管设置在光学出口孔。
上述技术方案的进一步的技术方案：所述中红外LED光源与光学入口孔之间设有可实现中红外LED光源转动的可调式旋转结构；所述光电二极管与光学出口孔之间设有可实现光电二极管转动的可调式旋转结构；所述可调式旋转结构包括球形回转体。
上述技术方案的进一步的技术方案：所述反射光学腔内设有温度传感器。
上述技术方案的进一步的技术方案：还包括隔热保温层，所述隔热保温层包裹在反射光学腔外壁。
上述技术方案的进一步的技术方案：所述中红外LED光源、两个光电二极管均设有恒温装置。
上述技术方案的进一步的技术方案：所述中红外LED光源、两个光电二极管均设有恒温装置。
上述技术方案的进一步的技术方案：所述中红外LED光源发出波长为3.38微米红外光。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1. 反射光学腔为不锈钢筒形构件，其内壁为粗磨后镀金形成的漫反射表面，这样不需要安装主反射镜和两个次反射镜来实现多次反射，结构简单、紧凑，制造成本低。
2. 在反射光学腔外壁包裹隔热保温层，显著减少了外界环境温度变化对反射光学腔内温度的影响，反射光学腔内温度变化很小，减少了温度漂移；中红外LED光源、光电二极管均设有恒温装置，显著减少了环境温度对测量结果的影响。通过以上两个措施，显著提高了本发明检测灵敏度和检测精度。
3. 中红外LED光源与光学入口孔之间设有可实现中红外LED光源转动的可调式旋转结构，光电二极管与光学出口孔之间设有可实现光电二极管转动的可调式旋转结构，可调式旋转结构包括球形回转体，这样，红外LED光源可调整入射角度，光电二极管可调整接受角度，从而很方便地更改反射次数，调节光程的长度。
4. 反射光学腔内设有温度传感器，可以及时测量反射光学腔内温度变化，对温度漂移进行二次多项式校正，提高检测精度。
5. 采用中红外LED光源作为光源，不但发光效率大大提高，同时光源本身不发出其他波段的光，因此，不需要使用滤光片。
6. 由于中红外LED光源、光电二极管的能耗低和偏置电压很低，因此用于爆炸环境中。
7. 光学出口孔中设置光电二极管，可以较好地测量吸光度。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是图1中的Ⅰ部分放大示意图。
图3是图1中的Ⅱ部分放大示意图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例对本发明作进一步说明。
附图所示高灵敏度多次反射光学吸收装置，包括反射光学腔4、端盖2、中红外LED光源7、两个光电二极管9；端盖2密封连接在反射光学腔4的上下两端，在上下端盖2上分别设有进气口1、出气口14；反射光学腔4为不锈钢筒形构件，其内壁为粗磨后镀金形成的漫反射表面；反射光学腔4沿侧壁轴向设置一个光学入口孔4.1和两个光学出口孔4.2；中红外LED光源7设置在光学入口孔4.1中；光电二极管9设置在光学出口孔4.2；其中一个光电二极管9离中红外LED光源7较近，用于测量光源强度漂移和未被气体吸收的背景光强；另一个光电二极管9离中红外LED光源7较远，用于测量光学腔内被气体多次吸收后的信号光强。本发明的优选方案：中红外LED光源7与光学入口孔4.1之间设有可实现中红外LED光源7转动的可调式旋转结构，本实施例中，可调式旋转结构8包括球形回转体；光电二极管9与光学出口孔4.2之间设有可实现光电二极管9转动的可调式旋转结构8，本实施例中，可调式旋转结构8包括球形回转体；反射光学腔4内设有温度传感器5；在反射光学腔4外壁包裹隔热保温层3；中红外LED光源7、两个光电二极管9均设有恒温装置，本实施例中，中红外LED光源7、两个光电二极管9处恒温装置的温度都控制在20℃。
本发明在使用时，待测气体从端盖2上的进气口1进入反射光学腔4内，中红外LED光源7发出中红外光，本实施例中，中红外LED光源7发出3.38微米红外光，经反射光学腔4内壁多次反射，在多次反射的过程中反复被待测气体吸收，由光学出口孔中设置的光电二极管测量光强，通过测量出的光强计算待测气体的浓度。采用波长为3.38微米红外光可以取得很好的测量效果。
本发明因为结构紧凑，光路稳定，灵敏度高，特别适合于舰船舱室环境中测量碳氢类爆炸气体的浓度。
Claims (10)
1.一种高灵敏度多次反射光学吸收装置，包括反射光学腔（4）、端盖（2）；所述端盖（2）密封连接在反射光学腔（4）的上下两端；在所述上下端盖（2）上分别设有进气口（1）、出气口（14）；其特征在于：还包括一个中红外LED光源（7）、两个光电二极管（9）；所述反射光学腔（4）为不锈钢筒形构件，其内壁为粗磨后镀金形成的漫反射表面；所述反射光学腔（4）沿侧壁轴向设置一个光学入口孔（4.1）和两个光学出口孔（4.2）；所述中红外LED光源（7）设置在光学入口孔（4.1）中；所述光电二极管（9）设置在光学出口孔（4.2）。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述中红外LED光源（7）与光学入口孔（4.1）之间设有可实现中红外LED光源（7）转动的可调式旋转结构；所述光电二极管（9）与光学出口孔（4.2）之间设有可实现光电二极管（9）转动的可调式旋转结构（8）；所述可调式旋转结构（8）包括球形回转体。
3.根据权利要求1～ 2之一所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述反射光学腔（4）内设有温度传感器（5）。
4.根据权利要求1～2之一所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：还包括隔热保温层（3），所述隔热保温层（3）包裹在反射光学腔（4）外壁。
5.根据权利要求3所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：还包括隔热保温层（3），所述隔热保温层（3）包裹在反射光学腔（4）外壁。
6.根据权利要求1～ 2之一所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述中红外LED光源（7）、两个光电二极管（9）均设有恒温装置。
7.根据权利要求3所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述中红外LED光源（7）、两个光电二极管（9）均设有恒温装置。
8.根据权利要求4所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述中红外LED光源（7）、两个光电二极管（9）均设有恒温装置。
9.根据权利要求5所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述中红外LED光源（7）、两个光电二极管（9）均设有恒温装置。
10.根据权利要求1～ 2之一所述的高灵敏度多次反射光学吸收装置，其特征在于：所述中红外LED光源（7）发出波长为3.38微米红外光。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140604 |