CN104977273A - 用于光源、探测器与分析器的附接与对准设备,以及模块分析系统 - Google Patents

用于光源、探测器与分析器的附接与对准设备,以及模块分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于光源、探测器与分析器的附接与对准装置，以及模块分析系统，并且提供了一种用于结合光学分析系统的两个或多个单独部件的设备，以使用跨越诸如栈、燃烧室、导管或管道的测量空间的光学测量的共同入口与出口穿孔，从而以从相应的光源到探测器的光学路径基本上相同的方式，使得在诸如温度与压力分布和背景物质浓度的等效周围环境条件的情况下能够在单个光学路径或紧密对准的光学路径上方进行多个光学测量。此设备与形成模块系统的一组相互可连接的设备是有用的，例如，在吸收光谱中，诸如用于测量在测量体积中的流体的化学组分的数量分数。

Description

用于光源、探测器与分析器的附接与对准设备,以及模块分析系统
技术领域
本发明涉及用于光源、探测器和分析器的附接与对准设备，并且尤其涉及能够提供包括例如可以在吸收光谱测量中使用的光学分析器和/或源和/或探测器的多部件分析器系统的附接与对准设备。
背景技术
光学分析器一直被用于测量体积内的诸如化学成分的数量分数测量的相关参数或者用于测试介质内的相关成分或者测量体积温度的测量。测量参数也称为被测对象。这些光学测量的原理已完全建立并且将在本说明书中不进行详细讨论。这些光学测量通常涉及测量通过沿着特定光学路径长度的相关化学成分吸收在特定波长或跨越波长范围的多少光。这就是所谓的吸收光谱并且对技术人员来说是公知的。反射光学和/或折射光学可以用于成形和控制光束。
在吸收光谱中，将光源和光学探测器布置在测量体积近旁(例如，其相对侧)。从光源到探测器的光束路径可以是沿着单通道直线，或者可以涉及诸如多通道光学单元的一个或多个反射通道，以便增大吸收路径长度并由此提高吸收灵敏度。所使用的光源的可以是二极管激光器、量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)、外腔半导体激光器、外腔量子级联激光器、外腔带间级联激光器、发光二极管(LED)或者白热(黑体或灰体辐射)光源、或者本领域已知的其它适当的光源。基于入射光强度和波长与所需的灵敏度与时间响应，光学探测器可以是二极管、光电倍增管(PMT)、光敏电阻器或者诸如热电探测器、热电堆探测器或测辐射热计探测器的热设备，或者本领域已知的任何其它适当的探测器。
下面的描述将提供用于气体测量的典型可调谐二极管激光光谱((TDLS)布置，但是对于上述的并且用于测量任何测试介质的组分的其它光学测量方法可以设想类似的考虑与问题。此特别说明的实例涉及交叉栈气体吸收分析器，光源安装在栈的一个侧面上并且光电探测器安装在另一侧上。通常地，这将设计为在气体混合物内测量单个成分并且由此存在单个二极管激光源与单波长敏感光电探测器。源与光电探测器都必须彼此充分对准以便能够产生穿过栈的并且入射在光电探测器上的适当量级的光，以允许发生所需的吸收测量。光源与光电探测器通常安装在适当的壳体内以保护它们远离外界环境，所述壳体还可以包括用于驱动、控制与执行所需的测量算法要求相关的电子设备与软件的一部分或者全部。这些壳体通常经由连接到凸缘的管子(喷嘴)或者其它适当装置安装到栈，其用作在固定位置处的物理支撑机构并且还在栈气与周围环境之间提供密封连接。通常地，这些凸缘或附接装置将包括一些物理调节装置以便通过将整个源与光电探测器壳体移动到不同角位置处而在源与探测器之间光学共对准，从而补偿例如将喷嘴、凸缘和源以及探测器封装安装在凸缘上的机械不准确性。
根据应用，一个成分的测量可以是足够的。然而，对于一些应用来说，可能要求几个独立或依存成分的测量。例如，在燃烧应用中，可能要求监控氧气浓度与一氧化碳浓度以使燃烧效率最优化。潜在地，还可以测量燃料浓度，以检查熄火情形并且由此将需要诸如O2、CO和碳氢化合物(CH4或C2H4等)的总共三次测量。这可以通过安装在栈上的单独位置处的两个或多个独立分析器实现，以在相同直径上的相同高度的不同角位置(参见R.M.Spearrin,W.Ren,J.B.Jeffries,R.K.Hanson,的用于敏感温度与高温气体中的物质测量的多带红外线CO2吸收传感器，Appl.Phys.B DOI 10.1007/s00340-014-5772-7)或者跨跃栈横截面的不同空间位置(参见US 2011/0045422 A1和US5813767)，或者在栈上的相同角位置中，但是在不同的高度(参见US 2006/0044562 A1)或者最终地全部三个布置的组合。然而，将全部分析器安装在不同的物理位置处具有多个弊端：
i)通过全部分析器探测的光束路径是不相等的。这意味着任何依存参数都不与数量或时间精确相关。如果使用主动反馈机构，这是特别显著的，诸如增加或减小燃烧应用中的燃料供给或者氧气(空气)供给，以使燃烧效率保持在最佳等级。任何缺少相关或同步都可能导致调节误差与潜在的振荡效应，其中甚至在其它稳定条件下也试图持续地调节与修正反馈控制。在此实例中，这可能导致过度污染、过度燃料使用，以及在最坏情形中，具有潜在危险结果的燃烧处理的失控。
ii)将分析器安装在不同位置处增加了安装与维护成本。这些分析器通常难以达到高至栈壁上的位置处和/或可能要求特定通路。具有单独位置将需要用于安装与维护的额外的进入时间。分离的位置还将要求额外的时间与成本以形成额外的入口孔与凸缘附接件。
iii)分析器可以经历不同的物理环境条件，诸如由于来自栈壁的热辐射/传导以及暴露到阳光/阴影/风，这可能导致在一些条件下的显著不同的温度系数影响。
iv)必须保护分析器的外部光学窗远离栈气体的恶劣环境。此环境的危害包括来自热栈气的热发射、化学攻击与来自颗粒的物理磨损。通常通过使用扫过光学窗并且减小由于来自热气体栈的热流动的过热的诸如氮气、仪表空气或者其它适当介质的净化气体实现此保护。在外部光学窗上方的净化气体还协助保持它们干净并且未刮擦。在处理壁或栈中具有的多个孔增加了总净化流量消耗与气体净化成本。
v)在处理壁或管子中的多个喷嘴以及由此与处理接触的多个窗减小了整个测量系统的坚实度并且减小了测量的安全性。
现在将说明对于实例应用来说给定的潜在增加的维护成本。每个光学分析器都具有两个单独位置(用于光源与光电探测器的入口与出口)，并且用于两个外部光学特征的净化气体供给增加了净化供给的安装的成本与复杂性。例如，在乙烯裂解炉的换热箱上的每个入口与出口用于保护单个分析器的光学窗的通常净化流速可以达到1000-2000L/小时。具有单独入口与出口的两个或三个光学气体分析器的存在导致高成本的净化气体供给与净化的安装复杂性。因此，在安装具有用于各光学分析器的单独入口与出口孔的三个光学分析器的情形中，必须布置6000-12000L/小时的氮气或仪表空气供给。通常的乙烯裂解厂具有12-16个熔炉；因此在各熔炉上安装三个光学分析器仅对于净化气体来说就将产生非常高的安装与维护成本。
已知的系统通常在相同的壳体内设有多个源(例如，二极管激光器)与多个探测器(例如，光电二极管)，或者对于各单独光源设置入口孔与出口孔。当多个部件在相同的壳体中时，它们中的任一个的故障都可能要求移除整个分析器以便维修或替换，然而到用于各源与探测器的测量体积中的单独入口孔具有上述问题。尽管可以使用光学纤维将不同的激光束引导通过诸如燃烧室的测量体积的单个入口与出口，但是具有保持对光束的仔细对准的需要。
利用在相同壳体中包括多个部件的分析器，能够通过一些已知系统来实现沿着相同或等效光路径的多种气体的同步测量。然而，这些设定是不灵活的。如果安装多部件分析器，通常不可能修改设定来探测在用于不在分析器的初始说明书中的不同化学部分或化学部分的组。例如，安装为测量CO、H2O和CH4数量分数的现有技术多部件分析器不能随后被修改以另外地测量NO的数量分数。为实现此另外的测量，可能有必要移除现有的多部件分析器并且安装能够进行要求的测量设定的新的多部件分析器，或者安装第二个独立分析器以便测量现有多部件分析器旁边的NO。先前的选择是非常不理想的，因为其执行所需重新适配是昂贵且耗时的，并且后面的选择受到关于独立分析器早前指出的问题。
如上面简略提及的，在单个壳体中的多部件分析器的一个问题是在单个多部件分析器中的一个测量通道的故障通常将需要拆卸整个分析器以便维修，并且由此在维修的持续期间丢失了被测量的全部部件信息。当执行这些维修时可能必须关停操作，这是非常不期望的。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种附接与对准设备，其用于安装与测量体积光学连通的光学分析系统的多个部件，以使得能够沿着通过测量体积的对准的光学路径执行多个光学测量，其中所述设备包括；
第一附接点，其用于将所述设备附接在使得能够与测量体积光学连通的位置处；
安装件，其用于安装光学对准设备；以及
多个额外附接点，它们相对于安装件处于不同角位置处，所述多个额外附接点的每个都使得能够附接下述单元：光源单元；光探测单元；或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元；以在安装件与每个额外附接点之间提供不同的光学路径；以及
至少一个光学对准设备，其安装在安装件上，光学对准设备构造为通过沿着安装件与每个额外附接点之间的所述不同光学路径前行的光的测量体积来提供光学校准。
本发明的第二方面提供了一种附接与对准设备，其用于将光学分析系统的多个部件安装在测量体积的一侧处，以便沿着通过所述测量体积的单个光学路径执行多个光学测量。附接与对准设备包括下述装置中的至少一个：
用于将所述设备附接在测量体积的一侧处以便与光学路径对准的第一附接装置；
使得能够独立地附接至少两个单元的至少第二附接装置与第三附接装置，其中至少两个单元中的每个都包括光源单元、光探测单元或包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元；
其中，附接与对准设备构造为在光学路径与各独立附接的光源单元、光探测单元与组合单元之间光学对准。
在实施方式中，此设备构造为通过由设备内的分束器保持件保持的分束器进行光学对准。在一些实施方式中，分束器与分束器保持件结合到单个单元中。光源单元可以包括一个或多个光源和用于与第二附接装置与第三附接装置中的一个配合的附接装置。光探测单元可以包括一个或多个光探测器和用于与第二附接装置与第三附接装置中的一个配合的附接装置，以及用于处理来自探测器的信息的潜在地一个或多个分析器。
如这里使用的，术语“光”表示任何波长的电磁辐射，并且尤其不限于在可见光谱中的电磁辐射。
本发明的实施方式对于利用多个不同的光的波长在测量体积中的多种不同化学物质的数量分数的测量，诸如吸收光谱测量是有利的。由于通常存在可以探测到的用于化学物质的多个不同的吸收线，因此当测量单一化学物质时也可以利用光的不同波长的吸收。此设备还可以用于温度测量。
这里描述的实施方式减轻了用于通过多个光学分析器同时测量多种物质的上述问题。下面示出了多个示例性实施方式，但是应该理解的是本发明不限于所述实施方式。替代地，具有本公开权益的本领域中的技术人员将会容易地利用这里说明的一般原理来设计同样在本发明的范围内的其它未说明的实施方式。
在实施方式中，提供了一种模块光学分析系统，其包括上述附接与对准设备以及至少两个单元，至少两个单元中的每个都包括光源单元、光探测单元或者组合的光源与探测单元。模块系统可以包括多个不同的光源和/或多个不同的光探测器，独立可连接对准的单元使不同波长的光束能够沿着通过测量体积的相同光学路径传输并且使得能够通过附接到用于通过测量体积传输的测量到的光的各个不同探测器的分析器执行不同的分析。
模块系统对独立连接与断开连接的光源单元以及光探测单元提供了容易对准的灵活性，以便很大改进的替换与维修效率。当决定开始测量其它或不同化学物质时，可以快速地将适当波长的光源与探测器增加到模块系统并且不需要使分析系统离线相当长的时间。提供了用于用改进的光源替换光源的相同效率，诸如当改进的可调谐二极管激光器可获得或者较高能量的光源被需求以解决在处理中的高尘载荷，或者较大的激光束发散被需求以解决由于处理壁的强振动或者处理气体流中的高湍流的高光束偏移时。在优选实施方式中，可以在不需要将附接与对准设备从测量体积的壁分离的情况下替换部件。
附接与对准设备包括至少一个分束器保持件。分束器保持件可以称作为安装件。至少一个分束器保持件可以将下面的任意组合固定在适当位置处：提供了入射光的基于波长的透射和/或反射的至少一个分束器；提供了入射光的基于波长或不基于波长反射的至少一个分束器；提供了入射光的基于偏振的透射或反射的至少一个分束器；将受控运动提供到限定或最佳位置的至少一个手动可调节的分束器；将受控或自动运动提供到限定或最佳位置或围绕限定或最佳位置振荡的至少一个机动分束器；和/或安装在压电元件上以围绕平均位置振荡以便改变光学路径长度由此减小探测到信号中的光学干涉(标准具)的影响的至少一个分束器。
在实施方式中，分束器保持件使得能够移除与替换分束器。分束器保持件可以可滑动地布置在附接与对准设备的中空本体内。分束器在多个固定位置之间是可运动的和/或其位置与定向是连续可调节的。
对诸如在光学上重叠并且沿着单个光学路径或者一组紧密对准光学路径前行的不同波长光束处理室或排放导管的测量体积中的多种物质的测量，对于可靠、安全、环境负责、以及有效操作来说是高度有利的。这与氢处理炉与加热器具有特定关联，但是这里描述的实施方式不限于在这些系统中的应用。可以在其中将要执行光学分光法的任何系统中实施此实施方式。在此说明书的上下文中，如果在任何给定时刻沿着第一光学路径对准的光束将经历与沿着第二光学路径对准的光束类似或甚至基本上相同的环境，那么第一光学路径与第二光学路径“紧密地对准”，使得从光谱测量角度来说光束路径是有效地等效的或者相互可交换的。在特定瞬间沿着第一光学路径执行的光谱测量将由此期望产生与在相同瞬间沿着第二紧密对准的光学路径执行的相同光学测量相同或基本上类似的结果。即，出于光谱测量的目的，一组紧密对准的光学路径可以视为单个光学路径。可以根据下面的任何组合限定上述环境：物理周围环境条件、热性能、平均颗粒密度、元件组合、气体浓度、气体流速等。一组紧密对准的光学路径可以包括两个或多个光学路径。
至少一个分束器被用于将具有不同波长的至少两个单独光束一起组合到单个重叠光束中或者一组紧密对准光束中，以将组合的重叠光束或一组紧密对准光束分离成至少两束单独波长。分束器可以是以光学平坦基板或楔形窗基板或者以具有反射图层的棱镜为基础的二色分束器，或者可以是以具有反射图层的组合二色棱镜为基础的三色分束器。在一个实施方式中，三色分束器基于以成预定角度定向的两个组合的二色分束器。可以另选地或另外地使用技术人员公知的其它适当分束器构造，诸如利用纯反射表面。分束器通过具有基于波长的透射与反射特性起作用。用于分离或结合到不同波长的叠加光束中的此装置对于本技术领域中的技术人员来说是已知的并且在此处将不再进一步说明。
通过分束器保持件将至少一个分束器保持在适当位置中。在一些实施方式中，保持件是设备的本体的固有部分。保持件对于其相对于设备轴的位置(高度与水平轴旋转)与角度可以是可调节的。这允许分束器的位置最优化并且然后通过诸如固定螺钉或螺钉的适当装置固定在适当位置处。
在一些实施方式中，分束器和/或保持件是可替换部件。这允许在损坏或者如果要求不同的测量波长的情况下替换。可以为特定的设备构造选择分束器的标称角度。例如，在期望设备具有垂直于主体布置的至少一个光发射器与探测器的应用中，优选的是相对于设备的主体轴以45度标称角度定向分束器。其它实施方式可以具有其它优选的标称角度，例如以布鲁斯特角(Brewster angle)，以便使反射损失最小，或者可以以适合周围机械布置的任何其它优选角度，以便光束与至少一个分束器的光学对准。
在一些实施方式中，可以将两个或多个分束器组合在相同组件内，以选择至少三个不同的光学波长测量。在这些实施方式中，优选的是至少一个分束器对于波长中的至少两个应该具有类似的透射特性。本领域中的技术人员将会容易理解的是，通过将每个都含有至少一个分束器的两个或多个光学对准设备组合在一起同样可以实现相同的技术效果。
在一些实施方式中，附接与对准设备包括具有多个光学对准设备的对准组件。对准组件可以包括用于附接到额外附接点的多个源单元或探测单元或组合单元中的每个的光学对准设备。另选地，第一源和/或探测单元可以使其光学轴与测量体积对准，以使得其不需要任何光束调节。
在一些实施方式中，附接装置包括适于机械附接的多个焊接凸缘(例如螺栓连接在一起，或者用于螺栓固定到壁或测量体积)。在另一个实施方式中，附接与对准设备包括螺纹，以便对连接到测量体积的壁的光源单元、探测单元、或透射单元进行螺纹附接。附接装置可以包括用于多个独立可附接单元的流体紧密附接的密封件。利用技术人员公知的类似或等效附接装置的其它实施方式也在本发明的范围内。在实施方式中，用于将设备附接测量体积的壁的附接装置在机械上是耐用的，以避免可能导致光学未对准的松垂，这可能导致测量误差。在一些实施方式中，还在附接装置内设有诸如可调节定位螺钉机构或类似物的一些对准调节装置，以允许改变设备的角度和/或旋转。
用于附接到测量体积的壁的附接装置包括用于确保对设置在此壁中的穿孔进行有效密封的密封件。可以通过垫圈、可调节波纹管或者技术人员已知的其它适当方法实现此密封。
在一些实施方式中，附接与对准设备包括至少一个光学部件，所述至少一个光学部件可以具有抗反射涂层，并且可以是下述中的一个或多个：窗和/或光学单个或多个带通滤波器和/或透镜。其它实施方式可以利用对于相关波长范围可穿透的任何其它适当的光学透射装置。光学部件或者其它光透射装置可以选择为使得光输出准直，以增加在探测器处的光强，或者使光输出偏离以在探测器处产生较大的漫射光锥，以便更容易光学对准。
在一些实施方式中，此设备还包括集成的净化系统，以保持光学部件清洁并且无刮痕。净化可以协助管理光学部件的表面温度。在一些实施方式中，净化介质是干燥氮气或仪表空气，但是也可以是技术人员已知的任何其它适当介质。优选地，净化利用不吸收用于测量要求的透射波长的气体。由于在测量体积上的各侧开口仅存在一个设备，因此用于附接到测量体积的壁的任何单个附接与对准设备的所需净化速率可以是相同的而不考虑有多少光源或探测器连接到它。可以利用技术人员公知的技术根据给定设置的特性容易地确定净化速率。
在一些实施方式中，该设备的主体包括可以容纳在密封体积内的至少一个分束器。还可以通过适当的净化介质净化此设备的主体，并且此净化介质可以是与用于光学部件的净化所使用的介质相同或不同的介质。在一些实施方式中，可以使用用于净化设备的主体与光学部件的单个净化输入装置。
在一些实施方式中，可以提供包括对于相关的波长可透射的密封窗或透镜和/或光学带通滤波器和/或光学漫射器的其它部件，以使测量较少受到由于例如振动的光学对准误差。额外部件可以包括可调节壁安装件。
在一些实施方式中，可以存在至少一个密封或可净化参考单元，其可以利用手动或机动组件固定在适当位置处或者可运动到光束的光学路径中。此可密封参考单元具有透射表面元件以允许光束通过参考单元，或者具有至少一个透射表面与至少一个反射表面。此参考单元可以用作“吸收式线锁”，以将光输出固定在特定的一个波长或多个波长，诸如如果参考单元包括在期望波长范围内吸收的至少一个被测对象或参考介质。另选地，内部密封设备自身可以被持续地净化或者净化并且通过参考介质密封。其中使用至少一个可移动参考单元，这在必要时可以用作校准的方式，并且此外，参考单元包括在期望波长范围内吸收的至少一个被测对象和/或参考介质。
在一些实施中，至少两个附接与对准设备被使用并且直接地或者经由至少一个中间测量单元密封在一起，并且内部体积它们自身构成了用于被测对象确定的测量单元体积。此实施可以包括内反射表面，以经由怀特池(White cell)或赫里奥特池(Herriott cell)或类似布置增加有效路径长度。
附图说明
下面仅通过实例参照附图描述了本发明的优选实施方式，在附图中：
图1示出了根据实施方式的附接设备的等轴测视图；
图2是图1的设备的俯视横截面视图；
图3A是图1的示出第一组光束路径的设备的俯视横截面视图；
图3B是图1的示出第二组光束路径的设备的俯视横截面视图；
图3C是根据实施方式的双重光学分析器系统的示意图；
图4A是如通过图3C的发射器TR1或发射器TR2观察的图1的设备的示意图；
图4B是如通过图3C的探测器D1或探测器D2观察的图1的设备的示意图；
图5是适合用于实施方式的二色分束器的示意图；
图6是根据实施方式的三重光学分析器系统的示意图；
图7是根据实施方式的另一个双重光学分析器系统的示意图；
图8A是适合用于实施方式的直角棱镜分束器的示意图；
图8B是适合用于实施方式的另一个分束器的示意图；
图9是根据实施方式的另一个三重光学分析器系统的示意图；
图10是根据实施方式的又一个三重光学分析器系统的示意图；
图11是根据实施方式的四重光学分析器系统的示意图；
图12是根据实施方式的五重光学分析器系统的示意图；
图13A是利用反射与透射光束路径的三重光束布置的示意图；以及
图13B是图13A中示出的三重光束布置的立体图。
具体实施方式
图1和图2中示意性示出了根据实施方式的附接设备100。附接设备100包括本体部分105与凸缘110a、110b、110c和110d。在此特定实施方式中，本体部分105是十字形状并且包括彼此成直角布置并且在它们相应中间点处交叉的一对中空圆柱体。应该理解的是，在此装置上的变型是可能的，并且其它几何形状也在本发明的范围内。附接设备100可以由任何耐用材料制成，但是优选地由诸如不锈钢的金属或金属合金制成。
在此实施方式中，设有四个凸缘110a、110b、110c和110d，一个在形成本体部分105的一部分的各圆柱体的端部上。在此实施方式中每个凸缘都是圆形的，但是应该理解的是，凸缘可以另选地具有例如正方形、椭圆形或者长方形的其它形状。可以另选地设置任何数量的凸缘。凸缘100a、110b、110c、110d可以安装在处理凸缘上，处理凸缘直接地焊接在测量体积(例如，处理室或排放导管)的壁上或者焊接在位于测量体积的壁中的入口孔处的喷嘴上。
如在图1中最佳示出的，每个凸缘110a、110b、110c、110d都定位在组成本体部分105的相应一个圆柱体的端部处。每个凸缘都包括允许圆柱体的端部延伸通过相应凸缘的厚度的通孔115。优选地，此延伸使得圆柱体的端部与相应端面的外面平齐。在此实施方式中，通孔115近似定位在相关凸缘的中心处，但是也可考虑用于通孔的其它位置。
在图1的实施方式中，组成本体部分的各个圆柱体之间的角度都是90度。这对于全部实施方式来说不是必须的，并且具有其它角度的实施方式也在本发明的范围内。
每个凸缘都包括附接通孔120。这些附接通孔120延伸通过每个凸缘的厚度并且设置为允许附接设备100安装在物体上，例如测量体积的侧壁上。同样地，附接通孔120允许将诸如光传输单元、探测单元、其它相同或类似的附接设备、诸如激光源的光源单元、以及其它此光学部件的其它设备安装到附接设备100。在示出的实施方式中，四个等间隔的附接通孔120设置在各凸缘中，但是应该理解的是，可以替代地设置任意数量的附接通孔120。每个附接通孔的位置都可以改变。更具体地说，每个附接通孔120的形状、定位、位置、数量与直径都优选地根据用于将附接设备100安装到多种其它部件的附接装置的属性以及此外根据这些部件它们自身的尺寸、重量等来选择。例如，在一个实施方式中使用平头螺钉以将设备100固定到不同的其它部件，并且通孔120的尺寸选择为与平头螺钉的尺寸匹配。
附接设备100还具有包括分束器130(在图1中未示出；参见图2)的托架125。托架125还包括从托架125向外突出的把手135，使得从附接设备100的外部可接近它。在一些实施方式中，把手135可移除地附接到托架125。在远离附接设备100的方向上将力施加到把手135，以便允许托架125从本体部分105可滑动地移除。这允许分束器130进入以便例如维修、替换与净化。在托架125中设有凹槽140a、140b以允许O形环密封件固定在托架125的外部周围。托架125还包括光束捕获件145以避免不期望的反射和在示出的实施方式中是平头螺钉的锁定装置。光束捕获件可以具有任意形状或表面涂层，并且此装置是本领域中技术人员公知的。在下文中将结合图5更加详细地说明托架125。应该理解的是，如果期望的话可以在附接设备100内同时地存在不止一个托架125。
尤其通过图2将会理解的是，本体部分105的中空属性允许诸如激光束的光传送到本体部分105中，以至于其入射在分束器130上。入射在分束器130上的光然后可以离开附接设备100。
在图3A、图3B和图3C中示出了双重光学分析器系统的一个示例性实施方式。双重光学分析器系统具有包括发射器TR1与探测器D1的第一光学分析器以及包括发射器TR2与探测器D2的第二光学分析器。第一光学分析器在波长λ1下运行，并且第二光学分析器在波长λ2下运行，其中λ1≠λ2。
在此特定的示例性实施方式中，在图3A的实例中，经由凸缘310a进入附接设备300a的在波长λ1下的激光，入射在分束器330a上并且经由凸缘310c离开附接设备300a以便经过测量体积，凸缘310c可以连接到传输单元或者直接地连接到测量体积(未示出)的壁。同时地，经由凸缘310c(从测量体积)进入附接设备300a的在波长λ2下的激光，入射在分束器330a上并且经由凸缘310b离开附接设备300a。在此实施方式中，分束器330a是二色的，因此其允许波长λ1的激光束相对不受妨碍地直接穿过但是反射波长λ2的激光束。通过激光器(未示出)产生每个激光束。二色分束器可以包括以λ1投射并且以λ2反射而沉积在玻璃基板上的硬质涂层。
第二附接设备300b在图3B中示出并且设置在处理栈上的另一个点处。在地特定的实施方式中，具有波长λ1的激光束经由凸缘310a(在穿过测量体积以后)进入附接设备300b并且入射在分束器330b上。类似地，波长λ2的激光束经由凸缘310c进入附接设备300b并且入射在分束器330b上。分束器330b还是二色的，但是在此情形中允许波长λ2的光束部分相对不受妨碍地直接通过但是反射波长λ1的光束部分。结果是波长λ1的光束经由凸缘310b离开附接设备300b，其中可以通过附接的探测单元(未示出)探测到它，并且波长λ2的光束经由凸缘310a离开附接设备300b以穿过测量体积。二色分束器可以包括以λ2投射并且以λ1反射而沉积在玻璃基板上的硬质涂层。
双重光学分析器系统具有在多种区域中的应用。一个此区域是燃烧系统中的气体物质的连续测量，其中这对于在燃烧系统中安全与有效操作以了解燃烧气体的组分来说可能是至关重要的。尽管不限于此，本发明在氢处理炉与加热器、发电站以及其它燃烧为基础的处理中可能是重要的。
对于包括沿着单个光学路径的气体温度的氧气(O2)、一氧化碳(CO)和/或水(H2O)和/或诸如甲烷(CH4)乙烯(C2H4)的碳氢化合物的测量，可以使用包括两个光学分析器与诸如图3C中示出的两个附接设备330a、330b的双重光学分析装置。此以两个光学分析器为基础的此多个测量对于碳氢物处理加热器或诸如乙烯裂解炉中的熔炉、炼油厂加热器、炼油厂加氢裂化、石油炼厂的流化催化裂化器和发电蒸汽锅炉的现场测量中是尤其有益的。对于燃烧处理的效率来说，O2、CO浓度与气体温度的监控是最重要的。以可调谐二极管激光器吸收光谱为基础的光学分析器以及发射大约760nm并且在一些O2吸收线上扫描的二极管激光器可以被用于O2浓度测量并且用于遍及通过处理气体的光学路径长度来提取光谱气体平均温度。
可以通过光学分析器来测量CO和/或H2O和/或C2H4，光学分析器以可调谐二极管激光器波长调节光谱为基础、具有在单个波长扫描内遍及CO、H2O和C2H4吸收线扫描的以2.3μm的二极管激光器。因此，由发射器TR1和探测器D1形成的并且以发射760nm的波长的光的二极管激光器为基础的光学分析器可以被用于测量O2与光谱温度，并且由以发射大约2.3μm的波长的二极管激光器为基础的发射器TR2与探测器D2形成的光学分析器可以被用于测量CO、H2O与碳氢化合物。
图3C示出了安装在双重分析器系统中的附接设备300a与300b。具有不同波长的两个光源TR1、TR2附接到附接设备300a、300b中的相应一个。在一些实施方式中，TR1和TR2是诸如可调谐二极管激光器的激光光源。替代地可以另选地使用技术人员已知的其它光源。
附接设备300a、300b均与附接设备100基本上相同。由TR1、TR2发射的光束通过包括第一二色分束器(后面结合图8A描述)的分束器330a结合在结合的重叠光束中。此光束通过设计或者通过跨越测量体积301对成对附接设备300a、300b的调节来对准。测量体积301包括每个都布置在测量体积中的孔周围的一对处理凸缘或喷嘴(未示出)。在测量体积中的此对孔提供了到测量体积301内部的口入与出口。附接设备300a、300b各自都通过处理凸缘连接到测量体积301。当此结合的光束从第一附接设备300a跨越到跨越测量体积301的第二附接设备300b时可以发生对存在的任何被测对象的吸收。
此结合的光束然后通过包括定位在第二附接设备300b中的第二二色分束器(后面结合图8A描述)的分束器330b分裂成具有两个相应波长的两个单独光束。然后这些单独光束被引导到用于两个不同波长与测量到的相应的吸收的两个相应探测器D1、D2。通过这些测量，可以确定关于被测量对象的诸如数量分数的参数。
双重分析器系统的全部操作如下。具有波长λ1的光束由透射器TR1发射并且穿过分束器330a，从而经由处理孔或喷嘴进入测量体积301。然后具有波长λ1的光束穿过在一些实施方式中是燃烧室的测量体积301并且然后通过另一个处理孔或喷嘴离开而进入到附接设备330b。然后通过分束器330b朝向探测器D1反射具有波长λ1的光束。同时地，通过发射器TR2发射的具有波长λ2的光束，穿过分束器330b并且经由处理孔或喷嘴进入测量体积301。然后具有波长λ2的光束穿过测量体积301并且然后通过另一个处理孔或喷嘴离开而进入到附接设备300a。然后通过分束器330a朝向探测器D2反射具有波长λ2的光束。
在一些实施方式中，可以通过调节二色分束器330a、330b中的至少一个的位置与定向而最佳地对准光束，和/或附接设备300a、300b中的至少一个的对准与定向在相关附接设备在其处安装到测量体积301的侧面的点处可以是可调节的。
为了使经过探测介质的光强最大化，优选地通过朝向探测器D1、D2并且跨越TR1与TR2的光束平移分束器保持件，或者利用可以安装在各分束器保持件的基部上的把手通过扭转在与探测器D1以及探测器D2相对的管道交叉臂中的分束器保持件相对于光束轴优化二色分束器330a、330b的位置。
在一些实施方式中，利用自动分束器调节程序。这利用布置为使得能够相对于光束轴调节分束器保持件的位置的电机。通过同样连接到探测器或多个探测器的输出的控制单元控制电机。探测器可以是上述探测器D1或探测器D2或者单独的探测器单元，或者可以利用输出信号的组合。探测器构造为测量作为分束器的位置的函数的入射光强或多个光强，使得可以利用反馈环路来确定分束器的最佳位置。具体地说，电机可以调节分束器的位置直到通过选定的探测器探测到最大的信号强度或者通过选定的探测器探测到最大平均信号强度。
在图4A和图4B中相应地示出了来自发射器TR1、TR2和探测器D1、D2的附接设备300a、300b的典型视图。
在一个特定实施方式中，适于测量氧气(O2)、一氧化碳(CO)、水(H2O)以及诸如甲烷(CH4)或乙烯(C2H4)的碳氢化合物，包括沿着单个光学路径的气体温度，发射器TR1发射760nm的激光，并且发射器TR2发射2.3μm的激光。探测器D1被调谐以探测760nm的光，并且探测器D2被调谐以探测2.3μm的光。在此实施方式中，分束器330a具有760nm的最大透射与2.3μm的最大反射，并且分束器330b具有以2.3μm波长的最大透射以及以760nm波长的最大反射。
在此实施方式的变型中，使用均具有760nm的最大透射与2.3μm的最大反射的两个相同的分束器替换分束器330a、330b。在此变型实施方式中，发射器TR2与探测器D1在附接设备300b上的位置相对于图3C中示出的位置被相互改变。
在进一步变型中，使用具有2.3μm的最大透射与760nm的最大反射的两个相同的分束器。在此进一步变型中，发射器TR1与探测器D2的位置相对于图3C中示出的位置被相互改变。分束器300a、300b的此可互换性在用于测量760nm(O2加光谱温度)与2.3μm(CO、H2O与诸如CH4和C2H4的碳氢化合物)的波长的双重光学分析装置的附接与对准设备的服务中提供了灵活性。
为了防止污染分束器与分析器的输出光学窗，附接设备300a、300b的净化流优选地从测量体积301的两侧布置。这可以通过相应地将两个另外的净化凸缘(未示出)插入在测量体积301上的每个处理凸缘(未示出)与附接设备300a、300b的凸缘之间，即连接到处理凸缘中的一个上来实现。净化凸缘可以具有可以从外表面布置到凸缘孔的一个或多个通道，以便净化气体流动到喷嘴并且然后流动到燃烧室。在其它情形中，用于保护发射器与接收器光学窗并且为各分析器安装在发射器与接收器上的净化流装置，可以用作尽可能提供可以在安装于附接与对准设备中的分束器上方与周围自由流动的净化气体流。
在入口孔/喷嘴相对于在测量体积301上的出口孔或喷嘴偏移的情形中，或者在测量体积301上的喷嘴很差地共对准的情形中，以分析器凸缘与处理安装凸缘的相对移动为基础的对准装置可以被用于光学分析器以便修正此偏移与未对准。
当通过诸如在燃烧室中发现的热且湍流的气体介质传播时，光束可以有时偏离和/或转向。此偏离可能导致入射在探测器上的光强度的损失并且由此导致测量的损失。此外，炉壁的蠕变与振动可以导致光学分析器的光束对准的漂移和抖动并且由此导致测量的损失。为了避免由于由室壁与处理喷嘴的机械移动引发的光学未对准的测量的损失，两个光学分析器的光束可以有意地分开，以使在探测器侧的激光束直径比探测器光学穿孔的大几倍。尽管光束偏离或偏向，但是这使入射在探测器穿孔上方的光束光强保持在保持在高的等级。在一个特定实施方式中，跨越四米偏离在20mm到40mm的范围内。这不仅保持一定程度的对准以避免测量的损失，而且在初始建立过程中此发散光束也可以是有用的并且用于当它们开始发生时探测偏移，以避免测量的突然损失。
图3C的双重光学分析器还适于同时地测量氨(NH3)与一氧化氮(NO)。在以燃烧为基础的处理中这对于优化氮氧化物(NOx)的减排具有很大益处。通常这些燃烧器使用选择性非催化还原或者选择性催化还原来将NOx转化为双原子氮(N2)与水。根据图3C中示意性示出的可以通过安装两个独立的光学分析器与两个附接设备沿着通过测量体积的诸如排放导管的单个光学路径执行这些NH3和NO测量。
在此特别的实施方式中，当发射器TR1是发射2.25μm的波长的二极管激光器时，包括TR1和D1的第一光学分析器执行波长调节吸收光谱。这适于NH3测量。当TR2是发射5.2μm波长的适于进行NO测量的量子级联激光器时，包括TR2与D2的第二光学分析器执行可调谐激光器吸收光谱。
在此特定实施方式中，分束器330a具有大约2.25μm的最大透射以及大约5.2μm的最大反射，同时分束器330b具有大约5.2μm波长的最大透射与大约2.25μm波长的最大反射。在此特定实施方式中，探测器D1是适于探测大约2.25μm的激光束的砷化铟镓(InGaAs)光电探测器，并且探测器D2是可以被用来探测大约5.2μm的激光束的热电冷却汞镉锌碲(HgCdZnTe)光电探测器。
包括两个附接设备(参见图3C、图7和图9)并且具有以玻璃基板或反射棱镜为基础的分束器的双重光学分析器系统不限于仅在上述实例中使用。这些双重光学分析器系统还适于测量1)O2加上在760nm的光谱温度和在2.3μm的CO和C2H4和H2O或CO和CH4以及H2O；2)在2.25μm的NH3测量以及在5.2μm的NO探测；3)在1.3μm的H2O探测以及在2.25μm的NH3监控；4)在1.87μm的H2O探测以及在1.65μm的CH4探测；5)在2.3μm的CO探测以及在1.65μm的CH4监控；6)在1.3μm的H2O探测以及在10.3μm的NH3监控。用于根据实施方式的双重光学分析器系统的其它使用对于从本说明书受益的技术人员来说将是显而易见的。
与图3C的实施方式等效的装置包括第一波长的一个光源、附接到第一附接设备的第一波长的一个探测器、以及用于第一波长的一个探测器以及附接到第二附接设备的第二波长的一个光源。
对此实施方式的进一步修改包括通过含有多个源和/或多个探测器的单个壳体替换至少一个光源或者至少一个探测器。在此情形中，优选的是使用的分束器对于由单个壳体使用的两个或多个波长具有类似的透射与反射特性。
对于具有本公开的利益的本技术领域中的技术人员来说显而易见的是，利用串联和/或并联的与附接设备100类似的多于一个附接设备或者利用与包括多个分束器的附接设备100类似的附接设备作出的多个相似装置，将使得能够利用通过测量体积的相同光学路径同时地测量多于两个被测量对象。一些实施方式可以具有使附接设备中的至少一个附接位置消隐以避免杂散光的冲击和/或在其它测量上的污染的装置。在一些实施方式中，消隐装置可以是密封的。在一个实施方式中，附接位置设有用于通过至少一个光学部件密封的消隐与密封附接件，其可以具有抗反射涂层，并且可以是下面的一个或多个：窗和/或单个或多个带通滤波器和/或可透过相关波长的透镜。在另一个实施方式中，附接位置设有消隐与密封附接件，以便通过对于相关波长可透过的漫射器密封。
还可能的是使用另选的几何构造来安装此两个设备，由此它们不是跨越测量体积直接进行光学对准的，而是经由诸如平坦或成形的平面镜或平面镜的组合的反射装置进行光学地对准。此反射对准装置还可以是可调节的。由于测量体积的周围的空间限制或者获得增加的路径长度以及由此增加的测量敏感性，因此这可能是需要的。例如，此两个设备可以定位在圆形横截面测量体积的相同周边上，并且使它们的以相等角度对准的主设备光学轴以及相对于平面镜正交的相对侧允许两个设备之间的光学对准。
应该理解的是图3A至图3C的实施方式仅示出了通过本发明可实现的大量可能不同光束构造中的仅一个。因此，多个修改对于具有本公开利益的技术人员来说将是显而易见的。然而，还将理解的是可以在单个系统中设置与附接设备100相同或类似的任意数量的附接设备，以便提供任意期望的光束布置，进一步增加了可能的另选构造的数量。随后在此说明书中参照图6、图7和图9-图12说明了一些其它示例性构造。
图5是适合用于这里描述的实施方式的分束器元件550的示意图。分束器550包括圆柱形托架555，分束器550具有附接到托架555的一个端部的把手560。把手560优选地可移除地附接到托架555。托架555的外表面的包括用于接收O形环密封件(未示出)的两个凹槽565a、565b。应该理解的是可以替代地存在包括零的任意数量的凹槽。当O形环存在时，布置在托架555的本体上的凹槽565a、565b中的O形环协助使分束器550能够在与附接设备100类似的附接设备内平稳移动以及一致、稳定定位。
分束器550还包括用于分裂出多色入射光束的至少一个波长部分的反射性光学元件570。在一些实施方式中，反射性光学元件570是多色玻璃，并且可以使用二氧化硅基板或氟化钙或其它光学材料。在一个特别的实施方式中，反射性光学元件570是二色玻璃，并且在另一个特定实施方式中，反射性光学元件570是三色玻璃。如通过具有本公开的利益的技术人员将会容易理解的，根据当在使用中分束器550期望遇到的光的波长选择玻璃自身。玻璃通过透射一种或多种波长部分的光束并且反射一种或多种不同波长部分的光束使光束分裂。
如图5中所示，光学元件570相对于托架555的纵轴以非零角度布置。在一些实施方式中，托架555的纵轴与光学元件570的平面之间的角度是45度。然而这不是关键，并且具有其它角度的实施方式同样是预期的。优选地，基于入射与出射光束的定向选择托架555的纵轴与光学元件570的平面之间的角度。
托架555优选地包括锁定机构，以确保当分束器550插入诸如附接设备100的附接设备中时，分束器550固定地保持在适当位置处。在示出的实施方式中，锁定机构在其外表面中、优选地在远离光学元件570的托架555的端部附近包括至少一个孔575。至少一个孔575定尺寸并且定位为，使得其可以接收平头螺钉(未示出)以将托架555锁定在与附接设备100类似的附接设备中。在一些实施方式中，四个孔布置在托架555的周边周围。在光学分析器系统的全部部件正确对准以后，平头螺钉的调节允许分束器550固定在适当位置处。
为了使可能在分束器550的外表面与附接和对准设备100的内表面之间另外经过的背景光的效果最小化，在一些实施方式中，一旦将分束器550固定在诸如附接设备100的附接设备中的适当位置中就可以移除把手560。然后，在移除把手560时暴露的分束器550的面优选地由插入在分束器550的暴露端附近的托架555中的消隐凸缘(未示出)覆盖。消隐凸缘优选地具有相对于托架555的纵轴以特定角度切割的粗糙表面。表面优选地强烈地吸收至少处于和接近期望通过分束器550遇见的光束的波长的光。此消隐凸缘基本上减小了来自被反射或散射回透射器或探测器的光束的可能性。这是理想的，因为此散射或反射的光可以增加由于潜在光学反馈的测量噪音。
在一些实施方式中，一旦移除把手560，消隐凸缘就另外地或者另选地布置在接近分束器550的暴露端的附接设备100的凸缘上方。此消隐凸缘用于密封附接设备100并且因此可以具有任何表面光洁度并且由任何适当材料形成。
图6示出了根据实施方式的用于通过在波长λ1、λ2和λ3下的三个光学分析器进行三重光学分析器测量的装置。在此实施方式中，设有四个附接设备600a、600b、600c和600d，每个附接设备都包括特定的二色分束器630a、630b、630c、630d。具有三个发射器TR1、TR2、TR3与三个探测器D1、D2、D3。
应该理解的是图6的装置是3C中示出的双重光学分析装置的变型。在对处理上的入口与出口孔或喷嘴不进行任何修改的情况下可以容易地将其它发射器与探测器增加到图3C中示出的双重光学分析装置。因此，这里描述的实施方式允许在不需要完全执行重新适配的情况下将诸如图3C中示出的双重光学分析器系统容易地修改成三重光绪分析器系统。此外，全部光束使用共同的光学路径，以避免与独立分析器相关的上述问题。
具体地说，为了调节图3C的装置使得其成为图6的装置，首先将发射器TR1和TR2拆除。其次，将附接设备600c、600d相应地插入并且安装在附接设备600a、600b的凸缘上。
技术读者将可以理解的是，应该选择分束器630a-630d以便确保合成光束的正确分量入射在适当的探测器上。在示出的实施方式中，TR1和D1形成第一光学分析器系统，TR2和D2形成第二光学分析器系统，并且TR3和D3形成第三光学分析器系统。TR1发射波长λ1的激光，TR2发射波长λ2的激光，并且TR3发射波长λ3的激光。各光学分析器系统都被调谐到特定化学物质的吸收线，以允许同时对多种化学物质进行探测与特性描述。
安装在附接设备600a中的分束器630a具有用于通过第一光学分析器系统与第三光学分析器系统测量的在波长λ1和λ3下的最大透射以及用于通过第二光学分析器系统的测量的在波长λ2下的最大反射。安装在附接设备600b中的分束器630b具有用于通过第二光学分析器系统与第三光学分析器系统测量的在波长λ2和λ3下的最大透射以及用于通过第一光学分析器系统的测量的以波长λ1的最大反射。安装在附接设备600c中的分束器630c具有用于通过第一光学分析器系统测量的在波长λ1和λ3下的最大透射以及用于通过第三光学分析器系统的测量的在波长λ3下的最大反射。安装在附接设备600d中的分束器630d具有用于通过第二光学分析器系统测量的在波长λ2下的最大透射以及用于通过第三光学分析器系统的测量的在波长λ3下的最大反射。
将会显而易见的是图6的实施方式仅是根据本发明的大量可能构造中的一个。分束器630a、630b、630c、630d的而不同变型以及探测器D1、D2、D3和发射器TR1、TR2、TR3的布置可以选择为提供其它未示出的实施方式。此其它实施方式根据给定分析器系统的特定要求来选择并且当阅读本说明书时其对于技术人员来说将是显而易见的。有利地，托架125的可移除属性意味着其快速且容易地将一个特定分束器换出另一个，意味着以最小的停工期在现场容易地执行根据本发明的光学分析器系统的调节。
图7中示出了根据实施方式的另选双重光学分析器装置。此双重光学分析器布置具有包括以波长λ1扫描的TR1和D1的第一光学分析器系统与包括以波长λ2扫描的TR2和D2的第二光学分析器系统。在图7的实施方式中包括两个附接设备700a、700b，每个附接设备都具有包括相应分束器730a、730b的相应托架725a、725b。在此实施方式中，分束器730a、730b均是图8A中示出类型的直角棱柱。
在一个特定的双重光学分析器实施方式中，图7的布置用于同时地进行760nm的O2与2.3μm的CO、H2O、以及CH4或C2H4的双重测量。在另一个特定的双重光学分析器实施方式中，图7的布置用于同时地进行大约以2.25μm的NH3与大约以5.2μm的NO的双重测量。在这些实施方式中，分束器730a、730b每个都可以是具有由银或金涂覆的侧面的直角棱柱。为了增加测量的稳健性机械漂移与振动激光束可以如在本说明书中先前描述的一样进行分离。
在一些情形中，基于类似于图5中示出的玻璃基板的分束器的使用可能是不可行的，因为例如难于制造光学反射/透射涂层，或者特定分束器可能是经济上不可获得的。在此情形中，与图8A中示出的直角棱柱类似的直角棱柱可以替换图5的分束器使用。
图8A示出了包括托架805的直角棱柱分束器800。托架805是圆柱形并且包括每个都接收O形环密封件(未示出)的一对周边凹槽810a、810b。托架805的一个端部向内逐渐缩小到共同边缘以形成具有两个面的直角棱柱815。每个面都反射特定波长的光。通过一个面反射的波长与其它面反射的波长不同。
每个面都涂覆以高反射涂层。在棱镜侧上的反射涂层可以具有各光学分析器(例如，λ1、λ2等)的特定波长的最大反射或者用于两个光学分析器的两种波长的最大反射。
托架805优选地包括锁定机构，以确保当分束器800插入类似附接设备100的附接设备中时分束器800固定地保持在适当位置处。在示出的实施方式中，锁定机构在其外表面中，优选地在远离直角棱镜815的托架805的端部附近包括至少一个孔820。至少一个孔820定尺寸并且定位为使得其可以接收平头螺钉(未示出)，以将托架805锁定在与附接设备100类似的附接设备中的适当位置。
托架805包括可移除地附接到托架805的端部把手(未示出)，托架805远离包括直角棱柱815的托架805的端部。当托架805可滑动地插入与附接设备100类似的附接设备并且从其中移除时附接把手，并且然后当托架805正确地固定在适当位置处时移除把手。
在分束器800中使用直角棱柱不是必要的。还要考虑具有除了90度以外的角度棱柱的实施方式。优选地，这些分束器被用于利用与图1的附接设备100类似的附接设备的实时方式中，但是其中本体部分105的圆柱体相对于彼此不是以90度布置。
可以将以在各棱镜的侧面上具有反射涂层的直角棱柱为基础的分束器插入与附接设备100类似的附接设备中，将分束器相应地定位、扭转并且最终对准并且锁定，以在根据本发明的一个实施方式的发射器与探测器之间保持最佳对准。
图7中示出的双重光学分析装置可以通过利用如图8B中示出的修改的分束器900替换直角棱柱分束器730a、730b容易地升级成具有三个光学分析器(参见图9)的新的装置。修改的分束器800a与直角棱柱分束器800类似，但是包括嵌入棱柱815中的一对二色窗825a、825b。可以以90度将二色窗825a、825b安装或粘接在托架805的棱柱状端部上。二色窗820a具有波长λ1的最大反射率，并且二色窗820b具有一不同波长λ2的最大反射率，其中λ1≠λ2。两个二色窗820a、820b具有另一个波长λ3的最大透射率，其中λ3与λ1和λ2不同。
图9示出了图7的双重光学分析器实施方式的升级版本的另外三个光学分析器实施方式。第一光学分析器系统包括发射器TR1与探测器D1，第二光学分析器系统包括发射器TR2与探测器D2，并且第三光学分析器系统包括发射器TR3与探测器D3。第一光学分析器系统、第二光学分析器系统、第三光学分析器系统相应地被调谐到波长λ1、λ2和λ3，λ1≠λ2≠λ3。图9的实施方式包括两个附接设备900a、900b，每个附接设备都包括图8B中示出类型的分束器930a、930b。
图7的双重光学分析器系统可以升级成如在下面描述的图9的三重光学分析器系统。在通过平移与扭转分束器930a、930b的托架而使第一光学分析器系统与第二光学分析器系统对准以后，托架被锁定在适当位置中。可以利用锁定机构820实现锁定。然后在各分束器930a、930b上的把手(图9中未示出)被移除以允许将发射器TR3与探测器D3安装到附接设备900a、900b中的相应一个上。然后TR3与D3在相应附接设备900a、900b的凸缘上共对准以产生图9中示出的布置。最终结果是可以通过沿着共同光学路径对准的三个独立的光学分析器执行三个光学分析器的三个同时的光学测量。修改工作执行快速且容易并且不要求现有双重光学分析器系统的完全再适配。此外，随后如果期望以包括在波长λ4下运行的发射器TR4和探测器D4的不同光学分析器系统替换例如包括TR1和D1的第一光学分析器系统，这在不完全重新适配三重光学分析器系统的情况下也是不可能的。
在一些情形中，空间限制意味着不能将三个光学分析器安装在与图6所示类似的布置中。在此情形中可以替代地使用与图10中所示类似的布置。如图10中所示，发射器TR1和TR3定位在测量体积1001的一侧上，并且发射器TR2与探测器D3定位在测量体积1001的相对的第二侧上。TR1和TR2定位在距测量体积1001的壁的相同距离处，并且发射器TR3与探测器D3定位在距测量体积1001的壁的相同距离处。探测器D1与探测器D2比TR1、TR2、TR3或D3中任一个更靠近测量体积1001的壁安装。因此，本发明的模块属性有利地引入灵活性，此灵活性允许在不考虑空间束缚的情况下使现有系统升级。这是有利地意味着当执行升级工作时不必完全地重新适配现有系统。
在一些情形和应用中使用第三光学分析器可能是理想的。例如，在通过基于在约2.25μm下发射的二极管激光器的单个光学分析器监控CO和H2O和CH4的情形中，在高范围CH4浓度(0–5％)、大范围温度变化(296K-1500K)以及5到40m的光束路径长度下几乎不可能获得准确与精确CH4测量。这是因为选择为在单个激光波长扫描内接近CO吸收线的CH4吸收线强烈地吸收高CH4浓度而导致大约2.3μm的几乎零透射。
在此情形中必须选择诸如例如约1.65μm波长的不同的与较弱的CH4吸收线。这在2.3μm可调谐二极管激光器的扫描范围外部并且因此期望由在1.65μm的波长下运行的发射器TR3和探测器D3形成的第三光学分析器。可以将第三光学分析器增加到双重光学分析器系统，以便形成诸如图6或图9中所示的三重光学分析器系统。
在以图6为基础的一个特别实施方式中，由包括发射大约760nm波长的光的二极管激光器的发射器TR1和探测器D1形成的第一光学分析器被用于测量O2与光谱温度。由包括发射大约2.3μm波长的二极管激光器的发射器TR2与探测器D2形成的第二光学分析器被用于测量CO与H2O。在此实施方式中，分束器630a具有在760nm和1.65μm下的最大透射以及在大约2.3μm下的最大反射，同时分束器630b具有在2.3μm和1.65μm波长下的最大透射以及在大约760nm波长下的最大反射。分束器630c具有大约760nm的最大透射以及1.65μm的最大反射，同时分束器630d具有2.3μm的最大透射以及大约1.65μm的最大反射。对具有本公开的利益的技术人员而言显而易见的是，用于分束器的最大透射与最大反射的其它变型可以被使用并且通过改变发射器与探测器相对于图6中示出的特定布置的位置进行布置。
三重光学分析器测量在NOx监控中也是必要的，其中在湿和干的基础上报告NH3和NO浓度是必要的。在此情形中可以测量在1.39μm波长下H2O浓度并且可以通过可调谐二极管激光光谱对两个或多个H2O吸收线进行扫描来提取沿着光学路径的气体温度。在以图6为基础的另一个特定实施方式中，包括发射器TR1和探测器D1的第一光学分析器利用发射大约2.25μm波长的二极管激光器执行波长调节吸收光谱，以进行NH3的测量。包括发射器TR2与探测器D2的第二光学分析器通过发射大约5.2μm波长的量子级联激光器执行可调谐激光吸收光谱以进行NO测量。在此特定实施方式中，分束器630a具有大约1.39μm和大约2.25μm的最大透射与大约5.2μm的最大反射，而分束器630b具有大约1.39μm和大约5.2μm波长的最大透射以及大约2.25μm波长的最大反射。分束器630c具有大约2.25μm的最大透射以及大约1.39μm的最大反射，同时分束器630d具有大约5.2μm的最大透射以及大约1.39μm的最大反射。
应该理解的是，根据图6中示出的包括用于分束器的不同反射/透射规格的发射器与探测器的定位变化，可以通过三个光学分析器执行。图10中示出了一个可能实施。
还应该理解的是实施方式可以包括任意数量的光学分析器系统。例如，图11示出了包括四个光学分析器系统的四重光学分析器系统。第一光学分析器系统包括发射器TR1和探测器D1并且在波长λ1下运行。第二光学分析器系统包括发射器TR2和探测器D2并且在波长λ2下运行。第三光学分析器系统包括发射器TR3和探测器D3并且在波长λ3下运行。第四光学分析器系统包括发射器TR4和探测器D4并且在波长λ4下运行。在一些实施方式中，λ1≠λ2≠λ3≠λ4。图11的四重光学分析器系统可以由此执行λ1、λ2、λ3和λ4的波长的测量。四重光学分析器系统仍然仅在测量体积中要求两个处理孔或喷嘴。
可以利用六个附接设备1100a-1100f构造图11的四重光学分析器系统。两个附接设备1100a、1100b各自都包括如图8A中所示的安装在测量体积1101的相对侧上的分束器。附接设备1100c、1100d、1100e、1100f各自都包括与图5中示出的分束器550类似的分束器。附接设备1100c和1100d各自都包括在λ1下反射并且在λ2下透射的二色分束器。如图11中所示，附接设备1100c和1100d相应地安装在附接设备1100a、1100b的凸缘上。附接设备1100e、1100f各自都包括在λ3下反射且在λ4下透射并且如图11中所示相应地安装在附接设备1100a、1100b的凸缘上的二色分束器。
在一个特定的四重光学分析器实施方式中，第一光学分析器在大约1.39μm下运行以监控H2O和光谱温度，并且第二光学分析器在大约1.592μm下运行以监控CO2。在大约2.25μm下运行的第三光学分析器与在大约5.2μm下运行的第四光学分析器可以被用于NH3和NO测量。
可以进一步修改图11中示出的四重光学分析器系统，以便形成包括五个光学分析器系统的五重光学分析器系统。这在图12中示出。第一光学分析器系统包括发射器TR1和探测器D1并且在波长λ1下运行。第二光学分析器系统包括发射器TR2和探测器D2并且在波长λ2下运行。第三光学分析器系统包括发射器TR3和探测器D3并且在波长λ3下运行。第四光学分析器系统包括发射器TR4和探测器D4并且在波长λ4下运行。第五光学分析器系统包括发射器TR5和探测器D5并且在波长λ5下运行。在一些实施方式中，λ1≠λ2≠λ3≠λ4≠λ5。图11的四重光学分析器系统可以由此执行在波长λ1、λ2、λ3、λ4和λ5下的测量。
图11的系统可以被修改以形成如下面所述的图12的五重光学分析器系统。将与图8B中所示类似的双重分束器插入到每个附接设备1200a、1200b中。每个双重分束器的一个二色窗都具有在λ1和λ2下的最大反射率，并且各双重分束器中的另一个二色窗都具有在λ3和λ5下的最大反射率。每个分束器的两个二色窗都具有在λ3下的最大透射率。
第五发射器TR5附接到附接设备1200a的凸缘，并且第五探测器D5附接到附接设备1200b的凸缘。这形成在波长λ5下发射的附加的第五光学分析器。图12的实施方式可以允许全部五个光学分析器沿着通过测量体积1201中的处理的单个光束路径探测与测量物质。
在一个特定实施方式中，使用以双重二色窗(参见图8B)为基础的分束器。在此实施方式中，分束器在大约1.39μm、大约1.592μm下反射并且在大约1.738μm下透射光学辐射，以允许相应地通过第一光学分析器、第二光学分析器与第五光学分析器测量H2O和光谱温度、CO2和HCl。另一个分束器在大约2.25μm、大约5.2μm下反射并且在大约1.738μm下透射或吸收，以允许通过第三光学分析器和第四光学分析器测量NH3与NO。总之，可以沿着单个光学路径测量全部5种物质(H2O与光谱温度、CO2、HCI、NH3和NO)。分析器与五重测量的其它组合是可行的并且对于具有本说明书的利益的技术人员来说将是显而易见的。
应该理解的是，这里描述的任一个实施方式都能够利用一个或多个多部件分析器；即能够探测多于一个测量物质的单个分析器。发明人已经通过实验确定，至少75％到85％的透射率以及至少80％到90％的反射率可以实现，以便分束器与光束轴成90度，因此由于使用一个或多个分束器而不存在光学能量的显著损失。对于与光束轴成45度的分束器来说期望更高的透射率与反射率。
图13A和图13B示意性地示出了形成根据另一个实施方式的另选附接与对准设备1300。设备1300包括中心臂1305a与侧臂1305b和1305c。侧臂1305b与1305c均在沿着中心臂1305a的长度的部分的点处接合中心臂1305a。每个臂都具有可以沿着其引导光束的内部通道，由此形成在相应臂的远端端部处终止的光学路径。在示出的实施方式中以截短的形式示出了光束，但是应该理解的是这仅是图示的假象并且实际上每个光束都继续到测量体积(未示出)中。
附接与对准设备1300还包括对准组件1308。在示出的实施方式中，对准组件1308包括两个分束器1310a、1310b。在示出的实施方式中，每个分束器1310a、1310b都采用至少一个透射表面或者穿孔和/或至少一个反射表面的形式。对准组件1308定位在侧臂1305b、1305c与中心臂1305a接合的点附近，使得与各臂相关的光学路径穿过对准组件1308。特别地，各侧臂的光学路径经过分束器1310a、1310b的相应一个。这允许三个或多个光束(1315a、1315b、1315c)的组合经过单个穿孔进入到测量体积(未示出)中。透射表面可以是壳体中的窗(或者仅仅是穿孔)。技术人员应该理解的是，尽管图13A和图13B示出了三个光束，但是使得两个光束可以通过反射表面或反射表面与透射表面传输的修改也是可能的。还应该理解的是，图13A和图13B中示出的装置可以被修改以结合或分离多于三个光束。
有利地，如尤其从图13A中明显的，不要求用于光束的角输入垂直于用于侧臂1305b、1305c的传输轴。在一些情形中，对于机械安装装置或者对于视觉显示来说非垂直布置可能是优选的。
每个臂的远端都相应地包括壳体1320a、1320b、1320c。壳体可以容纳发射器、接收器或者结合的发射器/接收器单元。应该理解的是在一个臂上的壳体可以容纳与一个其它臂上容纳的单元相同的单元，或者其可以容纳与一个其它臂上容纳的单元不同的单元。
选择性地，每个臂都可以包括辅助凸缘附接与调节设备1325a、1325b、1325c。每个辅助凸缘附接与调节设备1325a、1325b、1325c都是独立可调节的。这有利地允许每个臂都独立于其它臂进行调节，以便特别精确的光束对准。设备1300利用适当的固定设备固定在适当位置处，例如固定到测量体积的壁上。在示出的实施方式中使用凸缘1330，但是也可以替代地使用技术人员已知的其它固定设备。
每个臂都优选地包括一个或多个净化端口1335a、1335b、1335c。这些端口用作用于净化气体的入口与出口。一个或多个净化端口可以定位在壳体1320a、1320b、1320c附近。
应该理解的是与附接与对准设备1300类似的一个或多个附接与对准设备，可以在图3C、图6、图7、图9、图10、图11和图12中示出的任一个装置中使用以提供单合成光束或者一组紧密对准的光束。
这里描述的实施方式的优点包括：
i)快速安装与使用新型光学分析器以便利用在测量体积中仅具有两个处理孔或喷嘴的相同的机械装置测量不同波长下的完全不同的物质。仅需要改变分束器，同时在不需要修改的情形下可以使用全部相同的机械装置。这具有相关的成本与时间节约。
ii)每个光学分析器系统都是彼此独立的，意味着在一个分析器故障的情形中，由剩余的光学分析器系统进行的测量不受干扰，同时对故障的光学分析器进行维修。
iii)实施方式促使用新的或升级的光学分析器快速更换或替换故障的或废旧的光学分析器。在替换光学分析器在与被替换的光学分析器相同的波长下运行的情形中，当进行更换时甚至不需要替换任何分束器。这允许在一个或多个分析器故障的情形中测量相同或其它物质。此外没有必要将系统限定于相同类型的分析器；替代地，分析器系统可以包括例如各自都可以由不同公司制造的不同类型的光学分析器。
iv)实施方式使得安装在附接设备中的分束器易于维修或互换。例如，在分束器被例如尘土、污物等污染的情形中，受影响的分束器可以被快速且容易地移除，清洗并且然后回装到初始位置中，或者可以在不需要拆除的情况下以新的分束器替换并且然后重新安装全部光学分析器。这是显著的节约时间。
v)实施方式促使将现有双重分析器系统升级到各自都在测量体积上使仅用两个安装凸缘或喷嘴的三重、四重与五重光学分析器系统。这使得能够使现有系统升级以沿着通过测量体积的单个光学路径测量多种物质。避免了与和沿着不同光学路径对准的光学分析器相关的问题。
vi)实施方式仅需要用于测量体积的单个入口孔与出口孔，并且相应地仅需要两个喷嘴(一个用于入口孔，一个用于出口孔)。这减少了安装成本与时间。实现了系统要求的净化气体的体积的相应减小，再次降低了成本。
尽管已经以优选实施方式描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是本发明不限于此，而是旨在覆盖包括在如通过下面权利要求限定的本发明的范围内的全部另选物、修改与等效物。此外，尽管本说明书主要地专注于可调谐二极管激光吸收应用，但是应该理解的是实施方式可以同样地适用于其它光学吸收测量技术，诸如利用量子级联激光器、带间级联激光器，外腔激光二极管，外腔量子级联激光器、外腔带间级联激光器、具有适当的光探测器的发光二极管或白炽灯(黑体或灰体辐射)源。
除了在前面描述的以及在所附权利要求中要求的实施方式以外，下面是其它实施方式的列表，这些实施方式可以用作用于本申请或者随后的分案申请中的附加权利要求基础。
实施方式1：一种附接与对准设备，其用于安装与测量体积光学连通的光学分析系统的多个部件，以使得能够沿着通过测量体积的对准的光学路径执行多个光学测量，其中此设备包括：第一附接点，其用于将设备附接在使得能够与测量体积光学连通的位置处；安装件，其用于安装光学对准设备；多个额外附接点，它们相对于所述安装件处于不同角位置处，所述多个额外附接点的每个都使得能够附接下述单元：光源单元；光探测单元；或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元；以在安装件与每个额外附接点之间提供不同的光学路径；以及至少一个光学对准设备，其安装在所述安装件上，所述光学对准设备构造为通过沿着所述安装件与每个所述额外附接点之间的所述不同光学路径前行的光的测量体积提供光学校准。
实施方式2：根据实施方式1所述的设备，其中所述光学对准导致用于沿着所述安装件与每个所述额外附接点之间的所述不同光学路径前行的光的通过所述测量体积的单个光学路径，或者通过所述测量体积的多个紧密对准的光学路径。
实施方式3：根据实施方式1或实施方式2所述的设备，其中所述至少一个光学对准设备包括至少一个分束器。
实施方式4：根据实施方式3所述的设备，其中安装件包括用于分束器的安装件或者用于保持分束器的分束器保持件的安装件。
实施方式5：根据实施方式1所述的设备，其包括：中空本体，其限定所述不同光学路径，至少一些所述路径彼此以非零角度定向；以及分束器保持件，其用于保持分束器，以使入射在分束器上的光能够沿着所述不同光学路径中的相应一些路径并且沿着通过所述测量体积的所述对准的光学路径传输。
实施方式6：根据实施方式5所述的设备，其中所述中空本体布置为使得至少一些所述不同光学路径相对于彼此不垂直。
实施方式7：根据实施方式6所述的设备，其中所述分束器是对准组件的一部分，所述组件包括多个分束器，并且其中每个分束器都包括透射表面或反射表面。
实施方式8：根据实施方式6或实施方式7所述的设备，其中所述中空本体限定多个臂，每个臂都与一个所述不同光学路径相关。
实施方式9：根据实施方式8所述的设备，其中至少一个臂包括位于沿着所述相应臂的长度的中间位置处的辅助凸缘附接与调节设备，所述辅助凸缘附接与调节设备构造为允许独立于其它臂来调节与所述相应臂相关的所述光学路径的对准。
实施方式10：根据实施方式5-9中任一个所述的设备，其中分束器保持件可释放地接合在设备内。
实施方式11：根据实施方式10所述的设备，其中当释放分束器保持件时，从设备可滑动地移除分束器保持件。
实施方式12：根据实施方式3至11中任一个的设备，包括对分束器位置与定向提供调节的调节装置。
实施方式13：根据实施方式12的设备，其中调节装置使得能够利用手动或自动程序将分束器调节到最佳位置。
实施方式14：根据实施方式12所述的设备，其中所述调节装置包括自动控制机构，所述自动控制机构用于使所述分束器的自动运动到要求位置或使所述分束器围绕一个位置振荡运动。
实施方式15：根据实施方式3至14中任一个所述的设备，其中所述分束器是波长选择性分束器。
实施方式16：根据实施方式3至14中任一个所述的设备，其中所述分束器提供了入射光的基于偏振的选择性透射或反射。
实施方式17：根据实施方式3至16中任一个所述的设备，其中所述分束器安装到压电元件上，压电元件控制为在平均位置周围振荡以便为穿过所述测量体积的光提供改变的光学路径长度。
实施方式18：根据实施方式3至17中任一个所述的设备，其中所述分束器是在多个定向之间可移动的镜子或棱镜，以便与至少两个独立连接的部件的子组选择性地光学对准。
实施方式19：根据实施方式3至11或实施方式15至18中任一个所述的设备，其中分束器机械地固定在适当位置处。
实施方式20：根据实施方式4-11中任一个所述的设备，其中分束器保持件密封在设备内的适当位置处。
实施方式21：根据实施方式3至20中任一个所述的设备，其中分束器是从分束器保持件可移除。
实施方式22：根据实施方式3至21中任一个所述的设备，其中分束器与分束器保持件结合到单个单元中。
实施方式23：根据实施方式3至22中任一个所述的设备，包括以光学平坦基板或楔形窗基板为基础的至少一个二色分束器。
实施方式24：根据实施方式3至22中任一个所述的设备，包括以在两侧上具有反射涂层的棱柱为基础的至少一个二色分束器。
实施方式25：根据上述实施方式中任一个所述的设备，包括作为以预定角度定向的两个结合的二色分束器为基础的三色分束器的至少一个分束器。
实施方式26：根据上述实施方式中任一个所述的设备，还包括用于密封与净化设备的内部体积的装置。
实施方式27：根据上述实施方式中任一个所述的设备，还包括：至少一个光学部件，诸如窗和/或光学带通滤波器和/或透镜；以及净化所述至少一个光学部件的装置。
实施方式28：根据实施方式27所述的设备，其中所述设备包括用于密封与净化设备的内部体积的装置和/或用于经由单个净化气体输入端口净化至少一个光学部件的装置。
实施方式29：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中至少一个附接点设有消隐附接件。
实施方式30：根据实施方式29的所述设备，其中所述消隐附接件包括密封件。
实施方式31：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中第一附接点设有消隐与密封附接件，以便通过透射相关波长的窗、带通滤波器或透镜密封。
实施方式32：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中附接点设有消隐与密封附接件，以便通过透射相关波长的漫射器密封。
实施方式33：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中第一附接点设有构造为将设备附接到测量体积的壁上可调节与可密封附接装置。
实施方式34：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中多个额外附接点各自都包括可调节附接装置。
实施方式35：根据实施方式34所述的设备，其中可调节附接装置是可密封的。
实施方式36：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中第二附接点与第三附接点包括密封件。
实施方式37：根据上述实施方式中任一个所述的设备，包括当多个部件附接到多个额外附接点中的相应一些附接点时用于密封该设备的装置。
实施方式38：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其包括具有两个二色窗的双重分束器，所述第一窗具有在一个波长范围的最大反射率，而所述第二窗具有在第二波长范围的最大反射率，但是两个窗均透射第三波长范围。
实施方式39：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中设备包括多个分束器与附接点。
实施方式40：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中光源单元包括多个光源。
实施方式41：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中光探测单元包括多个探测器。
实施方式42：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中多个额外附接点各自都包括具有用于机械附接的装置的凸缘。
实施方式43：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中所述第一附接点适于附接到壁安装件，所述壁安装件提供了与通过所述测量体积的所述光学路径的光学对准。
实施方式44：根据上述实施方式中任一个所述的设备，其中所述第一附接点包括用于实现到所述测量体积的侧壁的流体紧密密封连接的密封元件。
实施方式45：根据上述实施方式中任一个所述的设备，还包括构造为提供参考吸收信号的至少一个可密封或可净化参考单元。
实施方式46：根据实施方式45所述的设备，其中所述设备还包括构造为使参考单元运动的手动组件或机动组件。
实施方式47：一种包括根据上述实施方式中任一个所述的至少两个设备的系统，由此通过将至少两个设备安装到测量体积的侧面实现了光学分析系统的多个部件的安装与光学对准，使得至少一个设备不与通过测量体积的光学路径直接光学对准，但是通过反射装置实现光学对准。
实施方式48：一种模块光学分析器系统，其包括：根据实施方式1至46中任一个所述的至少一个附接与对准设备；以及至少两个单元，其中每个单元都包括光源单元、光探测器单元或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元。
实施方式49：根据实施方式48所述的系统，其包括每个都根据实施方式1至46中任一个所述的第一附接与对准设备以及第二附接与对准设备，其中所述第一附接与对准设备以及第二附接与对准设备被密封在一起，并且其中所述系统的内部体积包括测量单元体积。
实施方式50：根据实施方式49所述的系统，还包括定位在所述第一附接与对准设备与第二附接与对准设备之间的至少一个中间测量单元。
实施方式51：一种用于将多个光学部件附接到测量体积的侧面的设备，其包括：限定多个部分光学路径的中空本体；处于所述部分光学路径的端部处的多个凸缘；以及可释放地保持在所述中空本体部分中的至少一个分束器或分束器保持件。
实施方式52：根据实施方式51所述的设备，其中所述多个凸缘包括：用于连接到所述测量体积的侧壁的第一凸缘；以及用于连接任意两个单元的至少两个凸缘，所述任意两个单元中的每个都包括光源单元、光探测单元或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元。
实施方式53：根据实施方式52所述的设备，其中所述第一凸缘包括用于实现到所述测量体积的侧壁的流体紧密密封连接的密封装置。

Claims (33)

1.一种附接与对准设备，其用于安装与测量体积光学连通的光学分析系统的多个部件，以使得能够沿着通过所述测量体积的对准的光学路径进行多个光学测量，其中所述设备包括:
第一附接点，其用于将所述设备附接在使得能够与测量体积光学连通的位置处；
安装件，其用于安装光学对准设备；
多个额外附接点，它们相对于所述安装件处于不同角位置处，所述多个额外附接点的每个都使得能够附接下述单元：光源单元；光探测单元；或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元；以在所述安装件与每个所述额外附接点之间提供不同的光学路径；以及
至少一个光学对准设备，其安装在所述安装件上，所述光学对准设备构造为通过沿着所述安装件与每个所述额外附接点之间的所述不同光学路径前行的光的测量体积来提供光学校准。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学对准导致用于沿着所述安装件与每个所述额外附接点之间的所述不同光学路径前行的光的通过所述测量体积的单个光学路径，或者通过所述测量体积的多个紧密对准的光学路径。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个光学对准设备包括至少一个分束器。
4.根据权利要求1所述的设备，包括：中空本体，其限定所述不同光学路径，至少一些所述路径彼此以非零角度定向；以及分束器保持件，其用于保持分束器，以使入射在分束器上的光能够沿着所述不同光学路径中的相应一些路径以及沿着通过所述测量体积的所述对准的光学路径传输。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述中空本体布置为使得至少一些所述不同光学路径相对于彼此不垂直。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述分束器是对准组件的一部分，所述组件包括多个分束器，并且其中每个分束器都包括透射表面或反射表面。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述中空本体限定多个臂，每个臂都与一个所述不同光学路径相关。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，至少一个臂包括位于沿着所述相应臂的长度的中间位置处的辅助凸缘附接与调节设备，所述辅助凸缘附接与调节设备构造为允许独立于其它臂来调节与所述相应臂相关的所述光学路径的对准。
9.根据权利要求4所述的设备，其中，所述分束器保持件可释放地接合在所述设备内。
10.根据权利要求3所述的设备，包括用于对分束器位置与定向提供调节的调节设备，其中所述调节设备使得能够利用手动或自动程序将所述分束器调节到最佳位置。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述调节设备包括自动控制机构，所述自动控制机构使所述分束器自动运动到要求位置或使所述分束器围绕一个位置振荡运动。
12.根据权利要求3所述的设备，其中，所述分束器是波长选择性分束器。
13.根据权利要求3所述的设备，其中，所述分束器提供了入射光的基于偏振的选择性透射或反射。
14.根据权利要求3所述的设备，其中所述分束器安装到压电元件上，所述压电元件控制为在平均位置周围振荡以便为穿过所述测量体积的光提供改变的光学路径长度。
15.根据权利3所述的设备，其中，所述分束器是在多个定向之间可移动的镜子或棱镜，以便与至少两个独立连接的部件的子组选择性地光学对准。
16.根据权利要求3所述的设备，包括下述分束器中的一种：
以光学平坦基板或者楔形窗基板为基础的至少一个二色分束器；或者
以在两侧上具有反射涂层的棱镜为基础的至少一个二色分束器；或者
作为以预定角度定向的两个结合的二色分束器为基础的三色分束器的至少一个分束器。
17.根据权利要求1所述的设备，还包括：至少一个光学部件，诸如窗和/或光学带通滤波器和/或透镜；以及净化设备，其构造为净化所述至少一个光学部件。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述设备包括净化与密封设备，其构造为：
密封与净化所述设备的内部体积；和/或
经由单个净化气体输入端口净化所述至少一个光学部件。
19.根据权利要求1所述的设备，其中，至少一个附接点设有消隐附接件。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述消隐附接件包括密封件。
21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个额外附接点的每个都是可调节的。
22.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个额外附接点的每个都是可调节并且可密封的。
23.根据权利要求1所述的设备，包括具有两个二色窗的双重分束器，第一窗具有在一个波长范围的最大反射率，而第二窗具有在第二波长范围的最大反射率，但是两个窗均透射第三波长范围。
24.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个额外附接点各自都包括凸缘，所述凸缘具有构造为允许将光源、光探测器或者结合的光源与探测器机械地附接到所述附接点的附接设备。
25.根据权利要求1所述的设备，还包括构造为提供参考吸收信号的至少一个可密封或可净化参考单元。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述设备还包括构造为使参考单元运动的手动组件或机动组件。
27.一种系统，其包括至少两个根据权利要求1所述的设备，由此通过将所述至少两个设备安装到测量体积的侧面实现了光学分析系统的多个部件的安装与光学对准，使得至少一个所述设备不与通过所述测量体积的光学路径直接光学对准，但是通过反射元件实现了光学对准。
28.一种模块光学分析系统，其包括：
根据权利要求1所述的至少一个附接与对准设备；以及
用于附接在多个额外附接点的选定的那些附接点处的至少两个单元，所述两个单元中的每个都包括光源单元、光探测器单元或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元。
29.根据权利要求28所述的系统，其包括每个都根据权利要求1所述的第一附接与对准设备以及第二附接与对准设备，其中所述第一附接与对准设备以及第二附接与对准设备被密封在一起，并且其中所述系统的内部体积包括测量单元体积。
30.根据权利要求29所述的系统，还包括定位在所述第一附接与对准设备和第二附接与对准设备之间的至少一个中间测量单元。
31.一种用于将多个光学部件附接到测量体积的侧面的设备，其包括：
中空本体，其限定多个部分光学路径；
多个凸缘，它们处于所述部分光学路径的端部处；以及
至少一个分束器或分束器保持件，其可释放地保持在所述中空本体部分中。
32.根据权利要求31所述的设备，其中所述多个凸缘包括：
第一凸缘，其连接到所述测量体积的侧壁；以及
至少两个凸缘，它们用于连接任意两个单元，所述任意两个单元中的每个都包括光源单元、光探测单元或者包括至少一个光源与至少一个探测器的组合单元。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第一凸缘包括用于实现到所述测量体积的侧壁的流体紧密密封连接的密封元件。
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