CN105424610B - 一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头 - Google Patents

一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头 Download PDF

Info

Publication number
CN105424610B
CN105424610B CN201510759532.8A CN201510759532A CN105424610B CN 105424610 B CN105424610 B CN 105424610B CN 201510759532 A CN201510759532 A CN 201510759532A CN 105424610 B CN105424610 B CN 105424610B
Authority
CN
China
Prior art keywords
atr
crystal
optical fibre
lens
trapezoidal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510759532.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105424610A (zh
Inventor
吴侃
陈建平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201510759532.8A priority Critical patent/CN105424610B/zh
Publication of CN105424610A publication Critical patent/CN105424610A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105424610B publication Critical patent/CN105424610B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头，包括用于耦合光信号的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜、提供ATR测量的ATR晶体和壳体；所述的ATR晶体是一个圆柱形晶体，其侧剖面为直角梯形，所述的壳体是具有中心圆形通孔的圆柱体，其前端具有和所述的ATR晶体的梯形斜边相同的倾角，使ATR晶体的斜边与壳体前端紧密接触，并封装在壳体内；所述的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜封装在壳体内部。本发明可以在诸如管道内部等探头移动受限的场合，实现探头的侧壁和前端测量，且隔绝了外界灰尘、水汽等对探头使用寿命的影响，保证长期使用的可靠性。

Description

一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头
技术领域
本发明涉及一种能够在探头的侧壁和顶端同时实现测量的光纤式衰减全反射(Attenuated Total Reflection,以下简称ATR)探头，具体是一种用于光谱分析的，在探头侧壁和垂直于侧壁的顶端都能进行光学测量的光纤式ATR探头。
背景技术
光谱分析是一种用于表征材料特性的重要技术，通过测量材料在一段光频谱内的吸收谱或透射谱，可以对材料特性进行定性或定量分析。传统的光谱分析需要将样品放入光谱分析仪的样品室内进行测量，限制了应用场合。新型的光谱分析可以通过光纤将信号光从光谱仪的样品室中引出，导入到特制的ATR探头，当ATR探头完成对样品的测量后，信号光通过另一条光纤返回光谱仪中的探测器，得到样品的频谱数据。
目前已经报道的光纤式ATR探头主要采用以下几种设计：
方法1：光信号从一条光纤发出，垂直射入一个直角锥晶体(即晶体的剖面是一个等腰直角三角型)的底面，然后在晶体内部以45度的入射角照射到一个晶体的侧面，光束在侧面发生全反射后照射到另一侧的侧面，再次发生全反射，最后返回到另一条光纤。直角锥晶体侧面上的两个全反射点即是该ATR探头的两个测量点。这种ATR探头在测量固体样品时，探头必须与样品表面呈45度夹角，以保证探头前端的直角锥晶体上的至少一个测量点能够与样品接触。因此，当探头移动受限，例如位于直径较小的管道内时，探头无法倾斜也就无法测量管道内壁或顶端的光谱特性。
方法2：光信号从一条光纤发出，垂直射入梯形锥晶体(即晶体的剖面是一个等腰梯形)，光信号从梯形的长边垂直入射，然后光束在晶体内部依次在晶体的侧壁、顶端(即梯形的短边)、侧壁发生三次全反射，随后光信号离开晶体返回另一条光纤。梯形锥晶体侧面上有两个全反射点，顶端有一个全反射点，这三个点即是该ATR探头的测量点。这种ATR探头在测量固体样品时，或者将探头前端的梯形锥晶体的顶端与样品接触进行测量，或者将探头倾斜一定角度(通常为60度)使梯形锥晶体的侧面与样品接触进行测量。与方法一的设计类似，当探头移动受限，例如位于直径较小的管道内时，该探头可以测量管道顶端的光谱特性，但无法倾斜也就无法测量管道内壁的光谱特性。
总之，以上的设计在探头移动受限的场合，探头前端晶体上的测量点无法与样品接触，所以无法对样品进行测量。因此，需要一种装置能够在探头移动受限的场合，能够同时在探头的侧壁和前端进行测量的光纤式ATR探头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供能够同时在侧壁和前端进行测量的光纤式ATR探头。该探头结构简单且性能稳定可靠。
为了解决上述问题，本发明的技术解决方案是：
一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头，其特点在于，包括用于耦合光信号的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜、提供ATR测量的ATR晶体和壳体；
所述的ATR晶体是一个圆柱形晶体，其侧剖面为直角梯形，所述的壳体是具有中心圆形通孔的圆柱体，其前端具有和所述的ATR晶体的梯形斜边相同的倾角，使ATR晶体的斜边与壳体前端紧密接触，并封装在壳体内；
所述的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜封装在壳体内部，使光信号从所述的输入光纤发出，经所述的输入透镜入射到所述的ATR晶体的梯形斜边，经梯形斜边折射后入射到该ATR晶体的梯形下底边，经梯形下底边全反射后再入射到该ATR晶体的梯形直角边，经梯形直角边全反射后再入射到梯形斜边，经该梯形斜边折射后入射到所述的输出透镜，经输出透镜汇聚后射入所述的输出光纤。
所述的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜与所述的工作频带需相匹配。
所述的壳体的斜边与ATR晶体的梯形斜边通过壳体内侧的螺纹或螺丝或胶水等固定。
所述的壳体是金属或其他具有较高硬度的材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
在诸如管道内部等探头移动受限的场合，能够同时在探头的侧壁和前端进行测量；光纤、透镜和ATR晶体涉及的光路被保护在壳体或ATR晶体内，隔绝了外界灰尘、水汽等对探头使用寿命的影响，保证长期使用的可靠性。
附图说明
图1是本发明实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头的侧剖面示意图。
图中：1-输入光纤，2-输出光纤，3-壳体，4-输入透镜，5-光束，6-ATR晶体，7-输出透镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1是本发明实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头的侧剖面示意图，如图所示，光信号从输入光纤1中发出，经过输入透镜4变为准直光束，光束照射到ATR晶体6的梯形斜边后进入ATR晶体6，光束5表示了光束在ATR晶体内部的路径，分别经历了一次斜边处的折射、一次梯形下底边的全反射、一次梯形直角边的全反射和再一次的梯形斜边处的折射，光束离开ATR晶体后，经过输出透镜7的汇聚进入输出光纤2，壳体3前端与ATR晶体6的斜边固定，输入光纤1、输出光纤2、输入透镜4和输出透镜7在壳体3内部。本实施例中，输入光纤1和输出光纤2为工作波长在5-10微米的中红外光纤，输入透镜4和输出透镜7为ZnSe晶体，ATR晶体6为ZnSe晶体，壳体3为不锈钢材料，输入光纤1、输出光纤2、输入透镜4、输出透镜7和ATR晶体6均通过胶水与壳体3固定，胶水选用受热固化的环氧树脂胶。

Claims (4)

1.一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头，其特征在于，包括用于耦合光信号的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜、提供ATR测量的ATR晶体和壳体；
所述的ATR晶体是一个圆柱形晶体，其侧剖面为直角梯形，所述的壳体是具有中心圆形通孔的圆柱体，其前端具有和所述的ATR晶体的梯形斜边相同的倾角，使ATR晶体的斜边与壳体前端紧密接触，并封装在壳体内；
所述的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜封装在壳体内部，使光信号从所述的输入光纤发出，经所述的输入透镜入射到所述的ATR晶体的梯形斜边，经梯形斜边折射后入射到该ATR晶体的梯形下底边，经梯形下底边全反射后再入射到该ATR晶体的梯形直角边，经梯形直角边全反射后再入射到梯形斜边，经该梯形斜边折射后入射到所述的输出透镜，经输出透镜汇聚后射入所述的输出光纤；
所述的ATR晶体为ZnSe晶体。
2.根据权利要求1所述的实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头，其特征在于，所述的输入光纤、输入透镜、输出光纤和输出透镜与工作频带需相匹配。
3.根据权利要求1所述的实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头，其特征在于，所述的壳体的斜边与ATR晶体的梯形斜边通过壳体内侧的螺纹或螺丝或胶水固定。
4.根据权利要求1所述的实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式ATR探头，其特征在于，所述的壳体是金属材料。
CN201510759532.8A 2015-11-10 2015-11-10 一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头 Active CN105424610B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510759532.8A CN105424610B (zh) 2015-11-10 2015-11-10 一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510759532.8A CN105424610B (zh) 2015-11-10 2015-11-10 一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105424610A CN105424610A (zh) 2016-03-23
CN105424610B true CN105424610B (zh) 2018-02-02

Family

ID=55502961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510759532.8A Active CN105424610B (zh) 2015-11-10 2015-11-10 一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105424610B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5991029A (en) * 1998-04-06 1999-11-23 Axiom Analytical, Inc. Attenuated total reflecance probe employing large incidence angles
US6128091A (en) * 1997-08-26 2000-10-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Element and apparatus for attenuated total reflection measurement, and method for measuring specific component using the same
CN103398948A (zh) * 2013-08-14 2013-11-20 武汉大学 一种用于傅里叶变换红外光谱仪的atr探头

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0426696D0 (en) * 2004-12-04 2005-01-12 Univ Cranfield Device for quantifying oil contamination

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6128091A (en) * 1997-08-26 2000-10-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Element and apparatus for attenuated total reflection measurement, and method for measuring specific component using the same
US5991029A (en) * 1998-04-06 1999-11-23 Axiom Analytical, Inc. Attenuated total reflecance probe employing large incidence angles
CN103398948A (zh) * 2013-08-14 2013-11-20 武汉大学 一种用于傅里叶变换红外光谱仪的atr探头

Also Published As

Publication number Publication date
CN105424610A (zh) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10209195B2 (en) Device for collecting surface-enhanced Raman scattering spectrum using full-aperture-angle parabolic mirror
US4616927A (en) Sample cell for light scattering measurements
CN200989888Y (zh) 使用毛细管透镜的x射线荧光分析仪
CN107462405B (zh) 宽波段差动共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置
US5410413A (en) Optical head probe using a gradient index lens and optical fibers
US4907884A (en) Sample cell monitoring system
CN104266945B (zh) 动态光散射颗粒检测装置的检测方法
US6014204A (en) Multiple diameter fiber optic device and process of using the same
CN105699317A (zh) 固定角度入射同时测透射和反射的太赫兹时域光谱仪
CN103983571B (zh) 探测器像素响应非均匀误差校正装置及其校正的方法
CN106198471B (zh) 一种基于导光毛细管的生化荧光分析仪及其检测方法
CN107356407A (zh) 同步测量高功率光纤激光器功率、光谱和光束质量的装置
CN103487408A (zh) 一种便携式玻璃透过率、反射率现场测试分光光度计
CN106264556A (zh) 一种插入血管检测的光纤表面等离子体共振传感器
CN203299110U (zh) 测量玻璃不同角度颜色、亮度和反射率光谱的装置
CN103698302B (zh) 激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量装置及方法
KR20130019889A (ko) 할로우 코어를 갖는 광섬유를 이용한 반사형 프로브 타입의 기체 검출 장치 및 기체 검출 방법
CN105424610B (zh) 一种实现探头侧壁和顶端同时测量的光纤式atr探头
CN103424369A (zh) 一种光纤结构污染气体差分吸收光谱测量系统
CN208270405U (zh) 一种光纤光程池
CN104266968B (zh) 高精度偏振二向反射自动测量仪
CN103697920B (zh) 一种光纤传感头和基于该传感头的测量液体折射率的光纤传感系统及方法
CN102590139B (zh) 高压下透明流体折射率测量装置
US5889279A (en) Tubular evanescent wave sensor for molecular absorption spectroscopy
CN108072642B (zh) 用于测量拉曼散射的光学探头及其测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant