CN110987813A - 一种复合式光学增强吸收池 - Google Patents

一种复合式光学增强吸收池 Download PDF

Info

Publication number
CN110987813A
CN110987813A CN201911366094.3A CN201911366094A CN110987813A CN 110987813 A CN110987813 A CN 110987813A CN 201911366094 A CN201911366094 A CN 201911366094A CN 110987813 A CN110987813 A CN 110987813A
Authority
CN
China
Prior art keywords
absorption cell
composite
light beam
nesting
incident
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.)
Granted
Application number
CN201911366094.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110987813B (zh
Inventor
汪磊
马丽华
沈澄
梅教旭
李红军
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.)
Shenzhen Hualing Medical Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Hualing Medical Technology Co Ltd
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 Shenzhen Hualing Medical Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Hualing Medical Technology Co Ltd
Priority to CN201911366094.3A priority Critical patent/CN110987813B/zh
Publication of CN110987813A publication Critical patent/CN110987813A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110987813B publication Critical patent/CN110987813B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • G01N21/01—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
    • 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
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0367—Supports of cells, e.g. pivotable

Landscapes

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

Abstract

本发明提供一种新型的光学增强吸收池：所述的光学增强吸收池包含吸收池主体，所述的主体设有主凹面反射镜组，所述的主凹面反射镜组中的每一片凹面反射镜上设有(2N)个复合嵌套用出射(入射)孔，其中N为复合嵌套的数量。在每个凹面反射镜的外侧，嵌套出（入）射孔的后端，总共设有2N个平面反射镜。光束由最外圈的最初入射口进入吸收池，经多次反射后由最内圈最终出射口离开吸收池，根据光束可逆原理，亦可由最内圈入射，最外圈出射。本发明采用复合嵌套方案，通过使光线在凹面镜之间多次反射，使光线在主反射镜组上呈现多圈同心圆环状排列，可以使得反射镜利用效率大幅提升，N（N为复合嵌套数）倍的提升有效光程，有效减少气体吸收池尺寸以及待测气体吸入量。相较于传统的增加物理基长或增大反射镜面积的做法，本发明可大幅降低吸收池的设计成本。

Description

一种复合式光学增强吸收池
技术领域
本发明涉及痕量气体检测仪器领域，特别是涉及一种复合式光学增强吸收池。
背景技术
随着科技的进步以及工业化进程的不断推进，在分享社会发展带来的红利的同时，我们也越来越多的面对工业化过程中带来的各种危害，诸如温室气体排放、有毒气体泄漏、大气环境污染等。因此对于温室气体、危险气体等气相物质的检测及研究，也越来越受到国家及民众的重视。
吸收光谱技术具有快速、高灵敏、高选择等优势，广泛应用大气、环境、医学和石油化工等领域的气体分析检测。吸收光谱检测灵敏度和光与样品相互作用的距离（光程）成正比，光程越长灵敏度越高，因此常用光学吸收增强腔，来提高待测气体的探测灵敏度。
传统的多次反射长光程气体吸收池主要有赫里奥特（Herriott）池和怀特（White）池。这两种吸收池优点很明显，并且得到了广泛的实际应用，主要缺点在于空间利用率较低，只利用了反射镜边缘部分，而中间大部分空间没有被利用，镜片利用效率低，若想提高气体的探测灵敏度，就只能通过增加吸收池物理基长或增大反射镜面积的方法来实现光程的提升，而采用此举则意味着需要更多的待测气体量，这在微量气体检测领域或高灵敏度气体检测领域显然是不满足要求的。
发明内容
本发明旨在提供一种新型的光学增强吸收池，用于克服现有技术中气体吸收池镜片利用率低、光程短、待测气体量消耗量大等不足。在不增加吸收池物理基长以及反射镜面积的前提下，采用多重嵌套复合结构，实现反射镜的最优化利用，从而大大提升了吸收池的光程，进而实现了更高灵敏度的气体探测需求。
为克服上述的不足，本发明提供一种新型的光学增强吸收池：所述的光学增强吸收池包含吸收池主体，所述的主体设有主凹面反射镜组，所述的主凹面反射镜组中的每一片凹面反射镜上设有(2N)个复合嵌套用出射(入射)孔，其中N为复合嵌套的数量。在每个凹面反射镜的外侧，嵌套出（入）射孔的后端，总共设有2N个平面反射镜，用于实现光束传输过程中，环状光斑的轨道半径切换。光束由最外圈的最初入射口进入吸收池，经多次反射后由最内圈最终出射口离开吸收池，根据光束可逆原理，亦可由最内圈入射，最外圈出射。所述的最初入射口及最终出射口的外侧均加装透明窗片，以确保吸收池的密封性。所述的透明窗片，依据入射光的波段不同，采用K9玻璃或CaF玻璃以确保入射及出射时的光束透过率最大。
根据上述的新型光学增强吸收池，优选地，最初入射口透明窗片前端安装光纤准直器，以确保最优的光束传输质量。所述的光纤准直器，可选的，可见光、近红外波段采用Grin透镜式耦合方案。中红外波段采用自由空间光耦合方案。优选地，光纤准直器固定方案采用三维调整架结合光固胶的实施细节。
所述的新型光学增强吸收池，还包括固定底座。所述的固定底座，用于固定吸收池主体、光纤准直器及光电探测器。
进一步的，所述的吸收池主体设有进气口和排气口，用于待测气体的进出，且进气口与出气口置于吸收池主体的两侧，以确保待测气体能够充满气吸收池。
与现有吸收池技术相比较，本发明所达到的有益效果：
本发明采用复合嵌套方案，通过使光线在凹面镜之间多次反射，使光线在主反射镜组上呈现多圈同心圆环状排列，可以使得反射镜利用效率大幅提升，N（N为复合嵌套数）倍的提升有效光程，有效减少气体吸收池尺寸以及待测气体吸入量。相较于传统的增加物理基长或增大反射镜面积的做法，本发明可大幅降低吸收池的设计成本。
附图说明
图1是本发明提供的气体吸收池的构造示意图。
图2是本发明提供的气体吸收池的光束传输示意图。
图3是本发明提供的气体吸收池的主凹面反射镜上的光斑分布示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
参考图1所示。在本发明一个实施例中，具体的是一种2层嵌套方案（N=2）。所述的光学增强吸收池包括吸收池底座20和吸收池主体10。
上述的的吸收池底座20用于固定吸收池主体10。吸收池底座20采用不锈钢或铟钢材质的设计，在最大程度上减小吸收池因温度、湿度、振动等带来的形变。同时为减少重量，底座采用挖空处理。吸收池底座20通常为镂空长方体，当然根据应用场合也可以是其他形状，有关吸收池底座20的具体形状在本发明实施例中并不做具体限定。
上述的吸收池主体10。由参考图1所示，吸收池主体单侧的构成有主反射镜11a、折射镜12a、折射镜13a。与之对称的另一侧的设有主反射镜11b、折射镜12b、折射镜13b。在吸收池主体10的两端分别有进气口14a和出气口14b，用于实现气体的进出。
所述的主反射镜11a、11b需要平行放置，使得光束在两个主镜间多次反射，形成第一圈光环51，如参考图3所示。
所述的主反射镜11a上，开有入射口31、出射口34、入射口35、出射口36。所述的主反射镜11b上，开有出射口32、入射口33，如参考图2所示。
上述的折射镜12a、12b、13a、13b用于实现光束传输时光圈的变轨，光束的传输由光圈51进入到光圈52，最后再进入到光圈53，如参考图3所示。
参考图2所示，入射光41，经由31入射口进入吸收池，光束在吸收池内部的主反射镜11a、11b之间多次反射后，经由32出射口射出，光束依次通过反射镜13b、反射镜12b后，经由入射口33再次进入吸收池，此时光束的传输实现由光圈51到光圈52的变轨。光束继续在主反射镜11a、11b之间多次反射，经由34出射口射出，光束依次通过反射镜13a、反射镜12a后，经由入射口31再次进入吸收池，此时光束的传输实现由光圈52到光圈53的变轨。光束最终由出射口36射出吸收池主体10，从而实现了光束的复合嵌套，从而大幅增加了气体的吸收光程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形（包含2重嵌套、3重嵌套……N重嵌套），这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种复合式光学增强吸收池，其特征在于：所述的光学增强吸收池包括吸收池主体，所述的吸收池主体设有主凹面反射镜组，所述的主凹面反射镜组中的每一片凹面反射镜上设有(2N)个复合嵌套用出射(入射)孔，其中N为复合嵌套的数量；在每个凹面反射镜的外侧，嵌套出（入）射孔的后端，总共设有2N个平面反射镜；光束由最外圈的最初入射口进入吸收池，经多次反射后由最内圈最终出射口离开吸收池，根据光束可逆原理，亦可由最内圈入射，最外圈出射；所述的最初入射口及最终出射口的外侧均加装透明窗片，以确保吸收池的密封性；所述的透明窗片，依据入射光的波段不同，采用K9玻璃或CaF玻璃以确保入射及出射时的光束透过率最大。
2.根据权利要求1所述的复合式光学增强吸收池，其特征在于：优选地，所述最初入射口透明窗片前端安装光纤准直器，以确保最优的光束传输质量；所述的光纤准直器，可选的：可见光、近红外波段采用Grin透镜式耦合方案，中红外波段采用自由空间光耦合方案；优选地，光纤准直器固定方案采用三维调整架结合光固胶的实施细节。
3.根据权利要求1所述的复合式光学增强吸收池，其特征在于：所述的新型光学增强吸收池，还包括固定底座；所述的固定底座，用于固定吸收池主体、光纤准直器及光电探测器。
4.根据权利要求1所述的复合式光学增强吸收池，其特征在于：所述的吸收池主体设有进气口和排气口，用于待测气体的进出，且进气口与出气口置于吸收池主体的两侧，以确保待测气体能够充满气吸收池。
5.根据权利要求1所述的复合式光学增强吸收池，其特征在于：所述的平面反射镜，用于实现光束传输过程中，环状光斑的轨道半径切换。
CN201911366094.3A 2019-12-26 2019-12-26 一种复合式光学增强吸收池 Active CN110987813B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911366094.3A CN110987813B (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种复合式光学增强吸收池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911366094.3A CN110987813B (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种复合式光学增强吸收池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110987813A true CN110987813A (zh) 2020-04-10
CN110987813B CN110987813B (zh) 2022-10-21

Family

ID=70077302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911366094.3A Active CN110987813B (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种复合式光学增强吸收池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110987813B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111562237A (zh) * 2020-05-26 2020-08-21 中国科学院合肥物质科学研究院 基于双光束腔增强光谱技术的co2、n2o稳定同位素同时探测装置及方法
CN114609044A (zh) * 2022-03-07 2022-06-10 汉威科技集团股份有限公司 一种长光程气体吸收池反射光学系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010243269A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Riken Keiki Co Ltd マルチパスセルおよびガス測定器
EP2375237A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-12 Scienza Industria Tecnologia S.r.l. Herriott multipass cell with spherical mirrors and method for making it
CN104155241A (zh) * 2014-07-02 2014-11-19 合肥工业大学 一种光程可调的长程光学吸收池
CN105548014A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 中国科学院合肥物质科学研究院 可调光程的双吸收光程光学吸收装置
CN105758803A (zh) * 2016-04-28 2016-07-13 中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 多次反射长光程高温样品室的激光气体检测平台
CN106124404A (zh) * 2016-07-21 2016-11-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种多次反射吸收样品池
CN109073544A (zh) * 2016-02-11 2018-12-21 汤姆·鲁宾 长光程吸收池
CN109765184A (zh) * 2019-01-16 2019-05-17 深圳供电局有限公司 光学气体吸收池以及光学气体检测系统
CN110146471A (zh) * 2019-03-13 2019-08-20 常州龙新激光科技有限公司 小体积多次往返反射样品池的设计

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010243269A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Riken Keiki Co Ltd マルチパスセルおよびガス測定器
EP2375237A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-12 Scienza Industria Tecnologia S.r.l. Herriott multipass cell with spherical mirrors and method for making it
CN104155241A (zh) * 2014-07-02 2014-11-19 合肥工业大学 一种光程可调的长程光学吸收池
CN105548014A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 中国科学院合肥物质科学研究院 可调光程的双吸收光程光学吸收装置
CN109073544A (zh) * 2016-02-11 2018-12-21 汤姆·鲁宾 长光程吸收池
CN105758803A (zh) * 2016-04-28 2016-07-13 中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 多次反射长光程高温样品室的激光气体检测平台
CN106124404A (zh) * 2016-07-21 2016-11-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种多次反射吸收样品池
CN109765184A (zh) * 2019-01-16 2019-05-17 深圳供电局有限公司 光学气体吸收池以及光学气体检测系统
CN110146471A (zh) * 2019-03-13 2019-08-20 常州龙新激光科技有限公司 小体积多次往返反射样品池的设计

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MING DONG ET AL.: "Herriott Cell Design With Minimum Volume and Multiple Reflection Rings for Infrared Gas Sensing", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER》 *
董明: "红外激光气体分析仪的关键问题研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111562237A (zh) * 2020-05-26 2020-08-21 中国科学院合肥物质科学研究院 基于双光束腔增强光谱技术的co2、n2o稳定同位素同时探测装置及方法
CN114609044A (zh) * 2022-03-07 2022-06-10 汉威科技集团股份有限公司 一种长光程气体吸收池反射光学系统
CN114609044B (zh) * 2022-03-07 2023-04-28 汉威科技集团股份有限公司 一种长光程气体吸收池反射光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110987813B (zh) 2022-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khan et al. Gas detection using portable deep-UV absorption spectrophotometry: A review
US5125742A (en) Long path gas absorption cell
CN110987813B (zh) 一种复合式光学增强吸收池
US5428222A (en) Spectral analyzer with new high efficiency collection optics and method of using same
CN104614362B (zh) 一种自由空间气体拉曼散射收集装置
FI95322C (fi) Spektroskooppinen mittausanturi väliaineiden analysointiin
US5584557A (en) High efficiency compact illumination system
CN103557939A (zh) 小型红外光栅光谱仪
CN206832668U (zh) 气体测量池及设有气体测量池的气体分析仪
CN116858504B (zh) 光轴监测系统
CN109799204A (zh) 一种基于光谱法的低浓度cod测量装置
USRE36489E (en) Spectral analyzer with new high efficiency collection optics and method of using same
CN103424369A (zh) 一种光纤结构污染气体差分吸收光谱测量系统
CN108051384A (zh) 一种基于空心光纤的便携式差分吸收光谱气体测量系统
CN107421890A (zh) 气体测量池及设有气体测量池的气体分析仪
US20110096414A1 (en) Optical concentrator
CN114674752A (zh) 一种多次倍增式气体吸收怀特池
JP2005337875A (ja) ガスセンサ
CN111024630A (zh) 一种便携式可见吸收光谱仪
CN110793927A (zh) 一种可调超长吸收光程的便携式光度计及其测量方法
US11821836B2 (en) Fully compensated optical gas sensing system and apparatus
JP2005337879A (ja) ガスセンサ
CN217404123U (zh) 一种多次倍增式气体吸收怀特池
CN110501298B (zh) 一种提高热湿法光路系统稳定性的方法及其气室、测量仪
CN210923468U (zh) 用于激光甲烷遥测仪的新型光学结构

Legal Events

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