CN107588853B - 一种吸收光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收光谱仪，所述吸收光谱仪包括外壳(1)，所述外壳(1)上设置有第一通光孔(11)，所述吸收光谱仪还包括设置在所述外壳(1)内的分子/原子泡(2)、导热块(3)和加热片(4)；所述分子/原子泡2包括一个或多个中空柱体，所述中空柱体具有侧表面(21)和相对设置的两个通光面(22)，其中，所述通光面(22)与第一通光孔(11)相对设置，所述中空柱体内放置有用于光谱检测的吸收物质；所述导热块(3)对所述分子/原子泡(2)进行封装，并露出所述通光面(22)；所述加热片(4)至少覆盖所述导热块(3)的外表面的一部分，用于经由所述导热块(3)对分子/原子泡(2)进行加热。

Description

一种吸收光谱仪

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，具体涉及一种吸收光谱仪。

背景技术

吸收光谱仪是利用吸收物质(原子、分子等)的吸收光谱线进行光谱检测的仪器，广泛应用于材料的成分分析和结构分析，以及各种科学研究工作。由于碘分子具有丰富的吸收光谱，因此被广泛应用于光谱检测技术中。碘分子的吸收光谱特性受温度的影响较大，不同温度下碘分子的吸收光谱线差别很大。技术上，碘分子吸收光谱仪的制作是将足量的碘封装在密闭的真空玻璃泡中，并对玻璃泡进行温度控制。然而当前的碘分子吸收光谱仪不能很好的控制温度，使得碘分子会凝结在通光面上，从而会影响碘分子的吸收光谱的稳定性。

发明内容

本发明目的在于克服目前吸收光谱仪存在的上述缺陷，提出一种新型的吸收光谱仪，用于对分子/原子泡内的吸收物质进行均匀加热，从而保证吸收物质的吸收光谱的稳定性。

为达到上述目的，本发明提供了一种吸收光谱仪，所述吸收光谱仪包括外壳1，所述外壳1上设置有第一通光孔11，所述吸收光谱仪还包括设置在所述外壳1内的分子/原子泡2、导热块3和加热片4；

所述分子/原子泡2包括一个或多个中空柱体，所述中空柱体具有侧表面21和相对设置的两个通光面22，其中，所述通光面22与第一通光孔11相对设置，所述中空柱体内放置有用于光谱检测的吸收物质；

所述导热块3对所述分子/原子泡2进行封装，并露出所述通光面22；

所述加热片4至少覆盖所述导热块3的外表面的一部分，用于经由所述导热块3对分子/原子泡2进行加热。

作为上述装置的一种改进，所述吸收光谱仪还包括隔热层5，所述隔热层5设置在所述加热片4与外壳1之间，所述隔热层5上设置有与第一通光孔11相对设置的第二通光孔51。

作为上述装置的一种改进，所述第二通光孔处51安装有透光件52。

作为上述装置的一种改进，所述中空柱体为两个或两个以上，相邻两个中空柱体之间形成连通结构。

作为上述装置的一种改进，所述中空柱体为三个。

作为上述装置的一种改进，所述吸收光谱仪还包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器设置在所述导热块3上，用于采集温度数据；所述温度控制器分别与温度传感器和加热片4连接，所述温度控制器以温度传感器采集的温度数据为依据，利用比例-积分-微分控制算法计算输出功率，通过脉冲宽度调制方式控制所述加热片4的加热功率。

作为上述装置的一种改进，所述导热块3将分子/原子泡2封装成长方体；所述加热片4至少覆盖导热块3的未露出通光面22的相对两个外表面。

作为上述装置的一种改进，所述导热块3将所述分子/原子泡2封装成长方体；所述加热片4覆盖导热块的3未露出通光面22的相对两个外表面，这两个外表面平行于所述中空柱体的排列方向。

作为上述装置的一种改进，所述分子/原子泡2内的吸收物质在工作温度下处于非饱和蒸汽状态。

作为上述装置的一种改进，所述分子/原子泡2的材料为石英。

本发明的优势在于：

1、本发明设计了一种新的吸收光谱仪，该光谱仪具有多个分子/原子吸收通道，每个通道内部相互连通，分子/原子在通道之间可以自由交换，每个通道内的分子处于相同的状态，因而具有相同的光谱曲线；避免了在对多个光束进行光谱检测时由于不同吸收光谱仪个体之间温度控制能力，分子浓度等的差别导致的光谱仪光谱特性差异，从而影响测量结果；

2、本发明所用分子/原子泡为非饱和吸收泡，通过理论计算加入泡体内的分子/原子质量，既保证了吸收光谱仪的吸收能力，又保证了在工作温度下不会有吸收物质凝结在通光面上，影响光谱仪的光谱特性；

3、本发明实施例提供的吸收光谱仪，设置有导热块和加热片，且导热块沿分子/原子泡进行封装，加热片至少覆盖导热块的外表面的一部分。如此设置，可使得加热片通过导热块对分子/原子泡进行加热而不与分子/原子泡直接进行点接触，可以对分子/原子泡内的吸收物质进行均匀加热，保证光谱仪吸收光谱的稳定性；

4、本发明的吸收光谱仪增加了一层隔热层，并在隔热层通光孔位置加玻璃窗，避免了分子/原子泡的通光面与外界冷空气直接接触导致吸收物质凝结在通光面的现象。

附图说明

图1为本发明实施例提供的吸收光谱仪的整体外形示意图；

图2为本发明实施例提供的吸收光谱仪的内部结构示意图；

图3示出了图2中吸收光谱仪的分子/原子泡的示意图。

附图标识：

1、外壳； 11、第一通光孔； 2、分子/原子泡；

21、侧表面； 22、通光面； 3、导热块；

4、加热片； 5、隔热层； 51、第二通光孔；

52、透光件

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种吸收光谱仪，用于光谱检测。如图1所示，该吸收光谱仪包括外壳1，外壳1上设置有第一通光孔11；如图2和图3所示，该吸收光谱仪还包括设置在壳体1内的分子/原子泡2、导热块3和加热片4；分子/原子泡2包括一个或多个中空柱体，该中空柱体具有侧表面21和相对设置的两个通光面22，其中，所述通光面22与第一通光孔11相对设置，该中空柱体内放置有用于光谱检测的吸收物质；导热块3对分子/原子泡2进行封装，并露出通光面22；加热片4至少覆盖导热块3的外表侧的一部分，用于经由导热块3对分子/原子泡2进行加热。

需要说明的是，外壳1可用于对吸收光谱仪进行整体固定和支撑保护，其可例如为硬铝材质的外壳，当然还可为其他材质的外壳，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。图1中，外壳1的形状为长方体，第一通光孔11的形状为圆形，但是本发明不限于此，例如，外壳1的形状可为梯形体，第一通光孔11的形状可为正方形。

还需要说明的是，分子/原子泡2位于吸收光谱仪的最内部。分子/原子泡2内的吸收物质可例如为碘分子或钠原子。当然，还可使用其他吸收物质，只要该吸收物质可用于光谱检测即可。此外，当分子/原子泡2包括多个中空柱体时，各中空柱体内的吸收物质具有相同的浓度。每个中空柱体可例如为中空圆柱体或中空棱柱体。此外，示例性地，当第一通光孔11为圆形时，通光面22也为圆形；当第一通光孔11为矩形时，通光面22为矩形。当然，这两者的形状也可不相同，本领域技术人员可根据实际需要设置。此外，分子/原子泡2可以是石英材质的分子/原子泡。当然，分子/原子泡2还可以是其他材质的分子/原子泡。

本发明实施例提供的吸收光谱仪，设置有导热块3和加热片4，其中导热块3对分子/原子泡2进行封装，加热片4至少覆盖导热块3的外表侧的一部分。如此设置，可使得加热片4通过导热块3对分子/原子泡2进行加热而不与分子/原子泡2直接接触，因而可以对分子/原子泡2内的吸收物质进行均匀加热，从而可保证吸收物质的吸收光谱的稳定性。

在本发明的一个实施例中，为了保持分子/原子泡2内吸收物质的温度稳定，如图2所示，吸收光谱仪还包括隔热层5，隔热层5设置在加热片4与外壳1之间，隔热层上设置有与所述第一通光孔相对设置的第二通光孔51。如此设置，可减少外部对加热片4的温度的影响，从而可保持分子/原子泡2内吸收物质的温度稳定。

在一个示例中，隔热层5的材料为聚四氟乙烯材质，当然，隔热层5还可以是其他材质的隔热层，只要起到隔热作用即可。

在现有技术中，分子/原子泡2的通光面22因外壳1的第一通光孔11而暴露于外界，由于吸收光谱仪的使用温度一般远高于室温，因而会出现吸收物质凝结在通光面22上的情形，此时会影响测量结果。为了避免问题，在本发明的一个实施例中，第二通光孔51处安装有透光件52。如此设置，可避免分子/原子泡2的通光面22与外界直接接触而降低温度，进而可避免在通光面22上产生吸收物质凝结。示例性地，该透光件52为玻璃材质的透光件。当然，该透光件52还可为其他材质的透光件，只要不影响光线透过即可。

在本发明的一个实施例中，中空柱体的数量为两个或两个以上，例如，中空柱体的数量为3个、4个、5个或10个等，此时，相邻两个中空柱体之间形成连通结构，使得各中空柱体内的吸收物质具有相同的浓度，从而具有相同的吸收光谱线。

此外，在本发明的一个实施例中，该吸收光谱仪还包括温度传感器和温度控制器，温度传感器设置在导热块3上，用于对导热块3的温度数据进行采集；该温度控制器分别与温度传感器和加热片4连接，温度控制器以温度传感器采集的温度数据为依据，利用PID比例-积分-微分控制算法计算输出功率，通过PWM脉冲宽度调制控制加热片4的发热功率，从而通过控制加热片4的加热功率来控制分子/原子泡1的温度。

在本发明的一个实施例中，导热块3将分子/原子泡2封装成长方体，加热片4至少覆盖导热块3的未露出通光面22的相对两个外表侧。示例性地，如图2所示，加热片4覆盖导热块3的相对的上、下表面。当然，加热片4还可设置在导热块3的其他外表面，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，当中空柱体的数量为两个或两个以上且相邻两个中空柱体之间形成连通结构的情况下，导热块3将分子/原子泡2封装成长方体；加热片4覆盖导热块3的未包含通光面22的相对两个外表面，这两个外表面平行于中空柱体的排列方向。

在本公开的一个实施例中，分子/原子泡2内的吸收物质的质量被设置为使得吸收物质在工作温度下处于非饱和蒸汽状态。如此设置，可防止吸收物质积聚在分子/原子泡2的内表面上从而影响吸收光谱仪的光谱特征。

以下参照图3、以吸收光谱仪为三通道碘分子吸收光谱仪为例，对其所包括的碘分子泡的设计进行说明。需要说明的是，三通道即为碘分子泡所包括的中空柱体的数量为三个。

如图3所示，三通道碘分子吸收光谱仪中的碘分子泡主要由三个中空圆柱体熔接而成，每个圆柱体的长度为104mm，直径为50mm。此外，每个圆柱体的材料为石英。三个中空圆柱体之间相互连通，确保了三个中空圆柱体内碘分子具有相同的吸收光谱线。

需要说明的是，碘分子泡的主要设计参数包括中空柱体的长度和直径、碘分子的质量和结构形式等。其中，中空柱体的长度是决定吸收谱线线型的一个重要指标。若该长度太短，那么可能会对于较强的光信号吸收不完全；若长度太长，那么可能会影响碘分子吸收光谱仪的结构。通常可根据对于中空柱体的仿真计算确定中空柱体的长度。具体请参见现有技术中的相关内容。中空柱体的直径主要取决于光路的光斑大小。碘分子的质量根据对碘分子吸收光谱的研究结果来确定。具体请参见现有技术中的相关内容。

需要说明的是，碘分子泡内的碘分子质量需经过模拟计算并严格称重，在满足所需吸收强度的条件下确保在工作温度所有碘分子以蒸汽的形式存在于碘分子泡内，不会有碘分子凝结在通光面上而影响光谱仪的光谱特征。而上述模拟计算方法可参见现有技术的相关内容。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种吸收光谱仪，其特征在于，所述吸收光谱仪包括外壳(1)和设置在所述外壳(1)内的分子/原子泡(2)、导热块(3)和加热片(4)，在所述外壳(1)的两个相对侧面上设置多个第一通光孔(11)；

所述分子/原子泡(2)包括多个连通的中空柱体，其数量与第一通光孔(11)的数量相同；所述中空柱体具有侧表面(21)和相对设置的两个通光面(22)，其中，所述通光面(22)与其中一个第一通光孔(11)相对设置，所述中空柱体内放置有用于光谱检测的吸收物质；

所述导热块(3)对所述分子/原子泡(2)进行封装，并露出所述通光面(22)；

所述加热片(4)至少覆盖所述导热块(3)的外表面的一部分，用于经由所述导热块(3)对分子/原子泡(2)进行加热。

2.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述吸收光谱仪还包括隔热层(5)，所述隔热层(5)设置在所述加热片(4)与外壳(1)之间，所述隔热层(5)上设置有与第一通光孔(11)相对设置的第二通光孔(51)。

3.根据权利要求2所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述第二通光孔处(51)安装有透光件(52)。

4.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述第一通光孔(11)为3个；所述中空柱体为3个。

5.根据权利要求1-3任一项所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述吸收光谱仪还包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器设置在所述导热块(3)上，用于采集温度数据；所述温度控制器分别与温度传感器和加热片(4)连接，所述温度控制器以温度传感器采集的温度数据为依据，利用比例-积分-微分控制算法计算输出功率，通过脉冲宽度调制方式控制所述加热片(4)的加热功率。

6.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述导热块(3)将所述分子/原子泡(2)封装成长方体；所述加热片(4)覆盖导热块的(3)未露出通光面(22)的相对两个外表面，这两个外表面平行于所述中空柱体的排列方向。

7.根据权利要求1-3任一项所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述分子/原子泡(2)内的吸收物质在工作温度下处于非饱和蒸汽状态。

8.根据权利要求1-3任一项所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述分子/原子泡(2)的材料为石英。