CN107870148A - 一种空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池 - Google Patents

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    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment

Abstract

一种空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，包括光学腔体、密封内桶、密封外桶。光学腔体包含底端反射镜与出入端反射镜，两反射镜为低膨胀系数材料做基底，并固定于低膨胀系数铟钢隔圈两端，光学腔体由挠性减振环连接并密封于密封内桶内，密封内桶与密封外桶之间以刚性连接固定，密封外桶盖板上固定入射光学接口、出射光学探测组件。内密封桶及密封外桶由金属冷焊接密封。本发明气体吸收池具有结构紧凑、抗冲击、长光程、高密封度、低泄漏率、温控稳定的特点。

Description

一种空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池
技术领域
本发明涉及气体饱和吸收谱定量分析及标定技术领域，特别涉及一种空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池。
背景技术
长光程气体吸收池是气体饱和吸收谱定量分析装置中常用的仪器。同时，气体饱和吸收谱的技术还应用在激光仪器的光源频率稳定技术中。利用光束在气体吸收池内多次反射来增强气体对光的吸收，从而在有限体积内实现气体的饱和吸收。
随着科学及军民任务仪器的不断发展，在气体吸收定量分析领域及空间环境中应用的激光仪器愈来愈多，此类激光仪器通常要求较高的光源频率稳定性能及单色性。另一方面空间环境的低温真空对仪器的热控性能、密封性能、抗震性能均有较高的要求。作为空间载荷仪器之一，还需在有限的空间内实现所要求的长光程。目前的长光程气体吸收池一般采用实体利用率不甚高的White型反射腔或球面镜型Herriott型反射腔，在同样要求的光程下，次两类型均要有较大的反射腔才能够实现。另外，主流的长光程气体吸收池其热控性能、密封性能及抗震性能均难以满足空间环境使用要求。
发明内容
为了克服上述先前技术的不足，本发明提供了一种空间用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，该吸收池结构紧凑，密封性能强，热控要求低，具有空间适用的抗震性能，以及高密封度的特点。
本发明技术解决方案是：
一种空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，其构成包括出入端反射镜、底端反射镜、铟钢隔圈、挠性减振环、密封内桶、密封内桶盖板、内桶入射窗、内桶出射窗、密封外桶、密封外桶盖板、外桶入射窗、外桶出射窗、入射光学接口及探测光学组件，在所述的出入端反射镜上开设有出射孔及入射孔，所述的出入端反射镜和底端反射镜分别固定在所述铟钢隔圈的两端，构成光学腔体，该光学腔体通过所述的挠性减振环固定于密封内桶内，所述密封内桶的底端开设有内桶入射窗和内桶出射窗，所述的密封内桶盖板密封于密封内桶的顶端，所述的密封内桶固定连接于密封外桶内，所述的密封外桶盖板密封于密封外桶的顶端，在该密封外桶盖板上开设有外桶入射窗和外桶出射窗，且所述的入射光学接口和探测光学组件固定于该密封外桶盖板的外侧；所述的入射光学接口、外桶入射窗、内桶入射窗和入射孔的中心线与入射光路重合，所述的探测光学组件、外桶出射窗、内桶出射窗和出射孔的中心线与出射光路重合。
所述的内桶入射窗和内桶出射窗金属铟丝冷焊密封在所述的密封内桶上，所述的密封内桶盖板金属铟丝冷焊密封于密封内桶的顶端，所述的外桶入射窗、外桶出射窗金属铟丝冷焊密封在密封盖板上。
所述的出入端反射镜、底端反射镜为复曲率反射镜，镜面矢高表达式满足公式，其中，rx及ry分别是反射镜在xz平面及yz平面内的曲率半径，
所述的密封内桶通过三点刚性连接于密封外桶内。
本发明具有以下优点：
1.由于采用双层密封结构，使内部光学腔体与外层温控组件间形成隔热空腔，腔体内部可做热学处理，可以有效地提高热控效率。
2.光学腔体与密封内筒间的链接采用挠性结构进行链接，保证了结构具有空间适用的抗震性能及结构稳定性能。
3.池体各密封接口处，包括光学窗口的密封，采用金属铟丝密封，可符合空间环境下高密封度的要求。
4.由复曲率反射镜构成的光学腔体，可在有限的空间内充分利用池体体积，从而适用空间载荷仪器的狭小空间。
附图说明
图1为本发明气体吸收池较佳实例的剖视图。
图2为本发明气体吸收池较佳实例的反射镜轴测视图。
图3为本发明气体吸收池较佳实例的光路示意图。
图4为本发明气体吸收池较佳实例的光斑分布图，其中，a为出入端反射镜上光斑排布，b为底端反射镜上光斑排布。
图5为本发明气体吸收池较佳实例的挠性减振环示意图。
具体实施方式
由图1所示，本发明空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，其构成包括出入端反射镜1、底端反射镜2、铟钢隔圈3、挠性减振环4、密封内桶5、密封内桶盖板6、内桶入射窗7、内桶出射窗8、密封外桶9、密封外桶盖板10、外桶入射窗11、外桶出射窗12、入射光学接口13及探测光学组件14，所述的出入端反射镜1、底端反射镜2固定于铟钢隔圈3的两端，构成光学腔体，光学腔体通过所述的挠性减振环4固定于密封内桶5内，所述的内桶入射窗7、内桶出射窗8密封于密封内桶5前端、所述的密封内桶盖板6密封于密封内桶5底端，所述的密封内桶5通过三点刚性连接于密封外桶9内，所述的密封外桶盖板10密封于密封外桶9前端，所述的外桶入射窗11、外桶出射窗12密封于密封外桶10的内侧，所述的入射光学接口13、探测光学组件14固定于密封外桶盖板10的外侧。入射光束从入射光学接口13入射，在池体内反射达到所需光程后，从内桶出射窗8及外桶出射窗12出射，被探测光学组件14所探测到。
通过调节入射光学接口13的角度，使入射光束从出入端反射镜1的入射孔16入射进入光学腔体，入射光经出入端反射镜1及底端反射镜2多次反射，在光程达到要求后从出射孔15逃逸，反射光斑在所述的出入端反射镜1及底端反射镜2上的分布近似李萨如图形均布于反射镜面，从而充分利用池体空间。
下面一个实施例的具体参数：
吸收池的腔长为80mm，镜面尺寸Φ100mm。将单模光纤出射的鉴频光准直为Φ0.5mm的光束入射进池内，反射次数达到125次，光程达到12.8m。复曲率反射镜面的曲率半径：rx＝1675.985mm，ry＝1037.342mm。入射光坐标：x＝-10.21mm，y＝20.72mm，入射光在两个方向的斜率：dx＝0.107，dy＝0.073。各密封接口处铟丝直径为2mm。双密封腔体内各充70mbar纯CO2，密封漏率可达到1mbar/8year。挠性减震环如图5所示。热控要求可设为±1°。
综上所述，本发明具有结构紧凑、高密封度、可适用空间环境震动，高密封度，双层密封腔体，可提高热控效率，在有限空间内提供长光程的特点。可满足用于空间环境下对高密封度结构稳定气体吸收池的要求。

Claims (4)

1.一种空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，特征在于其构成包括出入端反射镜(1)、底端反射镜(2)、铟钢隔圈(3)、挠性减振环(4)、密封内桶(5)、密封内桶盖板(6)、内桶入射窗(7)、内桶出射窗(8)、密封外桶(9)、密封外桶盖板(10)、外桶入射窗(11)、外桶出射窗(12)、入射光学接口(13)及探测光学组件(14)，在所述的出入端反射镜(1)上开设有出射孔(15)及入射孔(16)，所述的出入端反射镜(1)和底端反射镜(2)分别固定在所述铟钢隔圈(3)的两端，构成光学腔体，该光学腔体通过所述的挠性减振环(4)固定于密封内桶(5)内，所述密封内桶(5)的底端开设有内桶入射窗(7)和内桶出射窗(8)，所述的密封内桶盖板(6)密封于密封内桶(5)的顶端，所述的密封内桶(5)固定连接于密封外桶(9)内，所述的密封外桶盖板(10)密封于密封外桶(9)的顶端，在该密封外桶盖板(10)上开设有外桶入射窗(11)和外桶出射窗(12)，且所述的入射光学接口(13)和探测光学组件(14)固定于该密封外桶盖板(10)的外侧；所述的入射光学接口(13)、外桶入射窗(11)、内桶入射窗(7)和入射孔(16)的中心线与入射光路重合，所述的探测光学组件(14)、外桶出射窗(12)、内桶出射窗(8)和出射孔(15)的中心线与出射光路重合。
2.根据权利要求1所述的空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，其特征在于所述的内桶入射窗(7)和内桶出射窗(8)金属铟丝冷焊密封在所述的密封内桶(5)上，所述的密封内桶盖板(6)金属铟丝冷焊密封于密封内桶(5)的顶端，所述的外桶入射窗(11)、外桶出射窗(12)金属铟丝冷焊密封在密封盖板(10)上。
3.根据权利要求1及权利要求2所述的空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，其特征在于所述的出入端反射镜(1)、底端反射镜(2)为复曲率反射镜，镜面矢高表达式满足公式(1)，其中，rx及ry分别是反射镜在xz平面及yz平面内的曲率半径，
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4.根据权利要求1所述的空间环境用紧凑型长光程高密封度气体吸收池，其特征在于所述的密封内桶(5)通过三点刚性连接于密封外桶(9)内。
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