CN107219183A - 开放光路式大气痕量气体红外检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种开放光路式大气痕量气体红外检测装置，包括红外光束发射端和红外光束接收端；本发明利用球面反射镜组实现光束的扩束准直，通过扩大光束直径，确保红外光束接收端获取足够气体浓度定量分析需求的红外辐射信号强度，然后同样利用球面反射镜组将包含有待测组分吸收信息的光束汇聚成小直径的平行光以便干涉仪调制和红外探测器的接收、检测，即保证了测量的时效性，又确保了检测结果的准确、可靠性。另外本发明还提供了一种新的光路架设调试装置，该装置能够实现红外光束发射端和红外光束接收端之间的快速对光调试。
Description
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种开放光路式大气痕量气体红外检测装置。
背景技术
大气污染是我国当前面临的重大问题之一，对环境空气进行连续在线监测、掌握污染气体排放、扩散及演变规律，实现精确溯源对于制定减排政策、评估减排方案、彻底解决大气污染问题具有重要意义。利用待测气体的“红外指纹”吸收特征进行光谱定量分析，从而获取待测气体浓度在气体在线检测领域具有重要应用。基于红外光谱技术的气体浓度检测分为抽取式检测和开放光路式检测两种方法，抽取式检测需将待测气体抽入样品池内，因此该方法只能进行点源检测，在开放光路式检测方法中红外辐射信号直接穿过待测区域。相比于抽取式检测方法，开放光路式检测可实现大范围的区域化检测。而开放光路式的区域化检测则对光学系统提出了更高的要求，需要简单、高效的光学系统来保证红外光谱检测系统稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用开放光路对大气进行检测的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，以实现大气检测的立体化监测需求。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种开放光路式大气痕量气体红外检测装置，包括红外光束发射端和红外光束接收端；所述红外光束发射端包括红外光源、第一球面反射镜和第二球面反射镜，所述第一球面反射镜为凸面镜，第二球面反射镜为凹面镜，所述第一球面反射镜与第二球面反射镜相对设置，所述红外光源位于第二球面反射镜的背侧，所红外光源与第一球面反射镜和第二球面反射镜的焦点位于同一直线上，所述第二球面反射镜的中心设有第一通光孔，红外光源发出的散射的红外光束穿过所述第一通光孔，并依次经过第一球面反射镜和第二球面反射镜的反射后扩束成准直的第一平行光束；所述红外光束接收端包括第三球面反射镜、第四球面反射镜、干涉仪和光谱仪，所述第三球面反射镜为凹面镜，第四球面反射镜为凸面镜，所述地三球面反射镜与第四球面反射镜相对设置，且第三球面反射镜与所述红外光束发射端射出的第一平行光束正对设置，所述干涉仪和光谱仪位于第三球面反射镜的背侧，所述第三球面反射镜的中心设有第二通光孔，所述红外光束发射端射出的第一平行光束依次经过第三球面反射镜和第四球面反射镜的反射后汇聚成直径小于第一平行光束的第二平行光束，第二平行光束穿过所述第二通孔入射到干涉仪内，经干涉仪调制后的光束聚焦进入所述光谱仪的红外探测器内。
装置还包括校准光路，所述校准光路包括红外光束发射端安装的可见光准直光源，以及红外光束接收端安装的可见光接收标靶；可见光准直光源发射的准直可见光束与所述第一平行光束平行；所述可见光接收标靶包括第一靶心和第二靶心，所述第一靶心和第二靶心之间的连线与所述第三球面反射镜和第四球面反射镜焦点之间的连线平行；所述红外光束接收端整体安装在一个二轴转台上，该二轴转台的其中一轴竖直设置，另一轴水平并垂直于第三球面反射镜和第四球面反射镜焦点之间的连线设置，且两轴的轴心相交于所述的第一靶心。
所述第一靶心设置于第一靶面上，第二靶心设置于第二靶面上，所述第一靶面和第二靶面均垂直与第三球面反射镜和第四球面反射镜焦点之间的连线。
所述第一靶面位于第二靶面的前方，即第一靶面比第二靶面先接收到所述的准直可见光束。
所述第一靶面为可拆卸式设置。
所述第一靶面由半透半反光材料制成。
所述第一靶面位于第二靶面的后方，即第二靶面比第一靶面先接收到所述的准直可见光束。
所述第一靶面安装在一安装座上，所述安装做包括V型底座，V型底座上设有一V型槽，V型槽的前端即准直可见光束射来的一端设有一基准面，该基准面与第三球面反射镜和第四球面反射镜焦点之间的连线垂直，V型槽的后端设有与活动板和挡板，所述活动板沿V型槽的长度方向滑动设置，且活动板与挡板之间设有能够为活动板提供朝向基准面方向的推力的弹簧。
本发明的技术效果在于：本发明利用球面球面反射镜组实现光束的扩束，增大光束直径，确保大气充分吸收，然后同样利用球面反射镜组将吸收后的光束汇聚成小直径的平行光以便干涉仪调制和光谱仪的接收、检测，即保证了测量的时效性，要确保了检测结果的准确、可靠。另外本发明还提供了一种新的调光装置，该装置能够实现红外光束发射端和红外光束接收端之间的快速对光。
附图说明
图1是本发明的实施例1所提供的开放光路式大气痕量气体红外检测装置的光路原理图；
图2是本发明的实施例1所提供的开放光路式大气痕量气体红外检测装置的红外光束接收端的主视图；
图3是本发明的实施例1所提供的开放光路式大气痕量气体红外检测装置的红外光束接收端的俯视图；
图4是本发明的实施例1所提供的开放光路式大气痕量气体红外检测装置的红外光束接收端的立体结构示意图；
图5是本发明的实施例1所提供的开放光路式大气痕量气体红外检测装置校准前的原理图；
图6是本发明的实施例2所提供的开放光路式大气痕量气体红外检测装置校准前的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1所示，一种开放光路式大气痕量气体红外检测装置，包括红外光束发射端和红外光束接收端；所述红外光束发射端包括红外光源11、第一球面反射镜12和第二球面反射镜13，所述第一球面反射镜12为凸面镜，第二球面反射镜13为凹面镜，所述第一球面反射镜12与第二球面反射镜13相对设置，所述红外光源11位于第二球面反射镜13的背侧，所红外光源11与第一球面反射镜12和第二球面反射镜13的焦点位于同一直线上，所述第二球面反射镜13的中心设有第一通光孔，红外光源11发出的散射的红外光束穿过所述第一通光孔，并依次经过第一球面反射镜12和第二球面反射镜13的反射后扩束成准直的第一平行光束；所述红外光束接收端包括第三球面反射镜21、第四球面反射镜22、干涉仪23和光谱仪24，所述第三球面反射镜21为凹面镜，第四球面反射镜22为凸面镜，所述地三球面反射镜与第四球面反射镜22相对设置，且第三球面反射镜21与所述红外光束发射端射出的第一平行光束正对设置，所述干涉仪23和光谱仪24位于第三球面反射镜21的背侧，所述第三球面反射镜21的中心设有第二通光孔，所述红外光束发射端射出的第一平行光束依次经过第三球面反射镜21和第四球面反射镜22的反射后汇聚成直径小于第一平行光束的第二平行光束，第二平行光束穿过所述第二通孔入射到干涉仪23内，经干涉仪23调制后的光束聚焦进入所述光谱仪24的红外探测器内。本发明利用球面球面反射镜组实现光束的扩束，增大光束直径，确保大气充分吸收，然后同样利用球面反射镜组将吸收后的光束汇聚成小直径的平行光以便干涉仪23调制和光谱仪24的接收、检测，即保证了测量的时效性，要确保了检测结果的准确、可靠。
如图1所示，装置还包括校准光路，所述校准光路包括红外光束发射端安装的可见光准直光源33，以及红外光束接收端安装的可见光接收标靶；可见光准直光源33发射的准直可见光束与所述第一平行光束平行；所述可见光接收标靶包括第一靶心31和第二靶心32，所述第一靶心31和第二靶心32之间的连线与所述第三球面反射镜21和第四球面反射镜22焦点之间的连线平行；如图2～4所示，所述红外光束接收端整体安装在一个二轴转台40上，该二轴转台40的其中一轴41竖直设置，另一轴42水平并垂直于第三球面反射镜21和第四球面反射镜22焦点之间的连线设置，且两轴41、42的轴心相交于所述的第一靶心31。
优选的，如图5所示，所述第一靶面34位于第二靶面35的前方，即第一靶面34比第二靶面35先接收到所述的准直可见光束。所述第一靶心31设置于第一靶面34上，第二靶心32设置于第二靶面35上，所述第一靶面34和第二靶面35均垂直与第三球面反射镜21和第四球面反射镜22焦点之间的连线。所述第一靶面34为可拆卸式设置。
优选的，如图4所示，所述第一靶面34安装在一安装座上，所述安装做包括V型底座36，V型底座36上设有一V型槽361，V型槽361的前端即准直可见光束射来的一端设有一基准面362，该基准面362与第三球面反射镜21和第四球面反射镜22焦点之间的连线垂直，V型槽361的后端设有与活动板363和挡板364，所述活动板363沿V型槽361的长度方向滑动设置，且活动板363与挡板364之间设有能够为活动板363提供朝向基准面362方向的推力的弹簧365。
本实施例中的检测装置的对光方式如下：首先根据实地测量，确定发射端和接受端的大致方位，然后将发射端和接收端的底座初步安装到位；将发射端的发出的可见准直光束对准接收端的第一靶心31，然后锁死发射端的角度；最后将第一靶心31所在的第一靶面34拆除，然后调整二轴转台40的左右及俯仰角度，使可见准直光束打在第二靶心32上，由于二轴转台40的两轴均过第一靶心31，因此无论二轴转台40如何运动，第一靶心31的位置始终不变，从而确保了最终第一靶心31和第二靶心32均位于可见准直光束上，达到校准光束的目的。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：所述第一靶面34由半透半反光材料制成。本实施例中，第一靶面34不会对可见准直光束产生阻挡，因此在确定第二靶心32位置时，无需拆下第一靶面34。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：所述第一靶面34位于第二靶面35的后方，即第二靶面35比第一靶面34先接收到所述的准直可见光束。如图6所示，由于本实施例中可见准直光束是先打在后方的第一靶心31上，所以在确定前方第二靶心32位置时，也不需要考虑靶面的遮挡问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：包括红外光束发射端和红外光束接收端；所述红外光束发射端包括红外光源(11)、第一球面反射镜(12)和第二球面反射镜(13)，所述第一球面反射镜(12)为凸面镜，第二球面反射镜(13)为凹面镜，所述第一球面反射镜(12)与第二球面反射镜(13)相对设置，所述红外光源(11)位于第二球面反射镜(13)的背侧，所红外光源(11)与第一球面反射镜(12)和第二球面反射镜(13)的焦点位于同一直线上，所述第二球面反射镜(13)的中心设有第一通光孔，红外光源(11)发出的散射的红外光束穿过所述第一通光孔，并依次经过第一球面反射镜(12)和第二球面反射镜(13)的反射后扩束成准直的第一平行光束；所述红外光束接收端包括第三球面反射镜(21)、第四球面反射镜(22)、干涉仪(23)和红外探测器(24)，所述第三球面反射镜(21)为凹面镜，第四球面反射镜(22)为凸面镜，所述第三球面反射镜与第四球面反射镜(22)相对设置，且第三球面反射镜(21)与所述红外光束发射端射出的第一平行光束正对设置，所述干涉仪(23)和红外探测器(24)位于第三球面反射镜(21)的背侧，所述第三球面反射镜(21)的中心设有第二通光孔，所述红外光束发射端射出的第一平行光束依次经过第三球面反射镜(21)和第四球面反射镜(22)的反射后准直成直径小于第一平行光束的第二平行光束，第二平行光束穿过所述第二通孔入射到干涉仪(23)内，经干涉仪(23)调制后的光束聚焦进入所述(24)红外探测器内。
2.根据权利要求1所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：装置还包括校准光路，所述校准光路包括红外光束发射端安装的可见光准直光源(33)，以及红外光束接收端安装的可见光接收标靶；可见光准直光源(33)发射的准直可见光束与所述第一平行光束平行；所述可见光接收标靶包括第一靶心(31)和第二靶心(32)，所述第一靶心(31)和第二靶心(32)之间的连线与所述第三球面反射镜(21)和第四球面反射镜(22)焦点之间的连线平行；所述红外光束接收端整体安装在一个二轴转台(40)上，该二轴转台(40)的其中一轴(41)竖直设置，另一轴(42)水平并垂直于第三球面反射镜(21)和第四球面反射镜(22)焦点之间的连线设置，且两轴(41、42)的轴心相交于所述的第一靶心(31)。
3.根据权利要求2所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：所述第一靶心(31)设置于第一靶面(34)上，第二靶心(32)设置于第二靶面(35)上，所述第一靶面(34)和第二靶面(35)均垂直与第三球面反射镜(21)和第四球面反射镜(22)焦点之间的连线。
4.根据权利要求3所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：所述第一靶面(34)位于第二靶面(35)的前方，即第一靶面(34)比第二靶面(35)先接收到所述的准直可见光束。
5.根据权利要求4所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：所述第一靶面(34)为可拆卸式设置。
6.根据权利要求4所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：所述第一靶面(34)由半透半反光材料制成。
7.根据权利要求3所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：所述第一靶面(34)位于第二靶面(35)的后方，即第二靶面(35)比第一靶面(34)先接收到所述的准直可见光束。
8.根据权利要求5所述的开放光路式大气痕量气体红外检测装置，其特征在于：所述第一靶面(34)安装在一安装座上，所述安装做包括V型底座(36)，V型底座(36)上设有一V型槽(361)，V型槽(361)的前端即准直可见光束射来的一端设有一基准面(362)，该基准面(362)与第三球面反射镜(21)和第四球面反射镜(22)焦点之间的连线垂直，V型槽(361)的后端设有与活动板(363)和挡板(364)，所述活动板(363)沿V型槽(361)的长度方向滑动设置，且活动板(363)与挡板(364)之间设有能够为活动板(363)提供朝向基准面(362)方向的推力的弹簧(365)。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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