CN111735784B - 确定在多反气室内形成线形光斑的方法、确定在多反气室内测试多种气体的方法及多反气室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，包括：设定第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；针对相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过两个反射镜的中心对称轴上，以便在反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，并根据光学模型确定光线在多反气室内的路径；选择反射次数在预定反射次数范围内、且在线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取相应的第一线形光斑图案；生成候选路径集合和候选线形光斑图案集合。此外，本发明还公开了确定在多反气室内测试多种气体的方法和多反气室。

Description

确定在多反气室内形成线形光斑的方法、确定在多反气室内 测试多种气体的方法及多反气室

技术领域

本发明涉及光谱探测技术领域，尤其涉及一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法、确定在多反气室内测试多种气体的方法、多反气室及计算设备。

背景技术

光学多反气室已被广泛应用于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术中，可以在相对较小的体积内实现较长的光程，进而提高探测灵敏度，降低检测极限。光学多反气室需要对气室内的反射镜进行精细的调节，以保证光束通过入射孔进入多反气室内，并在特定的来回反射次数后，从出射孔射出。根据Lambert-Beer定律，增加光和样品的作用距离，能增大吸收信号的幅度，从而能有效提高光谱探测灵敏度，多次反射是实现长光程的有效途径。在科研、环保、煤矿瓦斯监控等领域，用光谱吸收法分析、检测微量气体，如甲烷、一氧化碳、氧气等。

现有技术中，常用的多反气室有：White气室、Herriott气室、Chernin气室、离散镜气室、和环形气室。其中，White型多反气室可以实现光束在多反气室内的多次反射，但是其设计本身存在一些缺点，如体积过大，稳定性差，镜面有效利用率低等，限制了White气室的应用范围。Chernin型多反气室是在White型多反气室基础上改进的光学多反气室，可以根据需要随时改变吸收光程，但是其结构复杂，体积较大，限制了其在小型化仪器需求中的应用。Herriott气室由两片相同的球面反射镜共轴对称构成，光线在反射镜上的反射光斑呈现单一的圆形或椭圆形图案，导致对腔镜面积的利用率不高。离散镜多反气室克服了Herriott型多反气室的缺点，提升了腔镜面积的利用率，可在镜面上形成李萨如图形的光斑分布，但是离散镜片的加工成本较高，成品率低。环形气室由单一圆环状反射镜构成，通过调节光线的入射角度可以改变气室的有效光程，但是对于入射角度的精度要求非常高。

现有技术中的多反气室的体积普遍大于100cm³，体积较大，对气体的检测速度较慢。而且，上述多反气室一般只能实现对一种气体的检测，无法实现多组分气体的同时测量。

为此，需要一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，以便设计的多反气室体积更小，并实现对多种气体的同步检测。

发明内容

为此，本发明提供了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，以解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括第一反射镜和第二反射镜，光线适于从所述第一反射镜射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后射出，且光线适于在所述反射镜上形成多个光斑；所述方法包括：确定所述第一反射镜、第二反射镜的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型，以便根据所述光学模型确定光线在多反气室内的路径，所述路径信息包括光线在第一反射镜和第二反射镜之间的反射次数以及光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑；设定所述第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；针对所述相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上，以便在所述反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，根据所述光学模型确定该条件下光线在多反气室内的路径；选择所述反射次数在预定反射次数范围内、且在所述线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取所述第一候选路径对应的第一线形光斑图案；以及为所述相对距离范围内的所有第一候选路径生成候选路径集合，并根据所述候选路径集合中每一个候选路径对应的线形光斑图案生成候选线形光斑图案集合。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述初始入射点坐标位于所述反射镜的中心线上，为所述相对距离范围内的所有候选路径生成候选路径集合的步骤包括：确定所述第一线形光斑图案绕所述反射镜的中心旋转预定角度后形成的第二线形光斑图案，并根据所述光学模型确定与所述第二线形光斑图案相对应的光线路径，作为第二候选路径；为所述相对距离范围内的所有第一候选路径和第二候选路径生成候选路径集合。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射的步骤包括：设定光线的第一初始入射点坐标，基于预定坐标差值构建初始入射点坐标数组，其中，所述初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标在预定入射点坐标区间内；基于初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标，分别构建相应的初始入射角度数组；设定光线分别以初始入射点坐标数组中的每一个初始入射点坐标、以及与初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组中的每一个初始入射角度入射。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述路径信息包括光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的每个光斑的坐标，所述方法还包括步骤：从所述候选路径集合中选取预定数量的候选路径作为选定路径，其中，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述路径信息包括光线的出射点坐标；所述选择候选路径的步骤包括：选择所述反射次数在预定反射次数范围内、在所述光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围、且出射点坐标与所述预定初始入射点坐标相同的路径作为所述候选路径。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，第一反射镜和第二反射镜为球面镜，所述光学模型为基于所述入射光线以及所述第一反射镜和第二反射镜所在的球面建立的直线与圆相交的方程，以及所述确定光线路径的步骤包括：

基于从第一反射镜入射的本次入射光线的入射点坐标、入射角度、以及所述圆方程，计算本次入射光线与所述第二反射镜的本次交点坐标，并确定经所述第二反射镜反射后的本次反射光线的反射角度；将本次反射光线作为从第二反射镜入射的下一次入射光线，将所述本次交点坐标和本次反射光线的反射角度分别作为从第二反射镜入射的下一次入射光线的入射点坐标和入射角度；基于所述下一次入射光线的入射点坐标和入射角度以及所述圆方程，计算下一次入射光线与所述第一反射镜的下一次交点坐标，并确定经所述第一反射镜反射后的下一次反射光线的反射角度；在确定光线通过所述反射镜射出后，基于所确定的多个交点坐标确定光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述预定入射点坐标区间小于所述反射镜的镜面区域对应的坐标区间。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述相对距离d的范围为50mm≤d≤200mm。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述预定距离间隔为0.5mm。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述预定反射次数范围为2～200次。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，预定光斑间距范围为不小于0.5mm。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述第一反射镜与第二反射镜同轴且对称布置，且所述第一反射镜和第二反射镜的镜面参数相同。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定在多反气室内测试多种气体的方法，所述多反气室包括对称布置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与第二反射镜之间具有相对距离，且所述多反气室适于射入多束激光，每束激光分别适于检测一种气体，所述方法包括：基于如上所述的方法确定与所述多反气室相对应的候选线形光斑图案集合；从所述候选光斑图案集合中选取一个分布在反射镜的中心线上的候选光斑图案，作为第一选定线形光斑图案；基于所述第一选定光斑图案绕反射镜的中心旋转预定角度后形成的线形光斑图案，确定第二选定线形光斑图案；以及确定与所述第一选定线形光斑图案和/或第二选定线形光斑图案分别相对应的光线路径，作为选定路径，以便控制多束激光以相应的选定路径入射至多反气室，并对相应的气体进行检测。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内测试多种气体的方法中，在确定选定路径之后，还包括步骤：确定与所述选定路径相对应的初始入射点坐标、初始入射角度，以便控制多束激光以相应的选定路径对应的初始入射点坐标、初始入射角度入射至多反气室，并对相应的气体进行检测。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内测试多种气体的方法中，确定第二选定线形光斑图案的步骤包括：确定角度间隔，并基于角度间隔构建角度数组；确定第一选定光斑图案分别以所述角度数组中的每一个角度绕反射镜的中心分别顺时针、逆时针旋转后形成的多组对称的线形光斑图案；以及从所述旋转后形成的对称的多组线形光斑图案中选取一组或多组作为第二选定线形光斑图案。

可选地，在根据本发明的确定在多反气室内测试多种气体的方法中，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。

根据本发明的一个方面，提供了一种多反气室，适于射入多束激光，每束激光分别适于检测一种气体，其中：所述多反气室包括对称布置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与第二反射镜之间具有相对距离，所述第一反射镜和第二反射镜上共设有多个入射孔；每束激光适于从所述第一反射镜或第二反射镜的入射孔、以相应的初始入射角度射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后射出，且每束激光分别适于在反射镜上形成线形光斑图案。

可选地，在根据本发明的多反气室中，所述第一反射镜、第二反射镜上的相应位置处分别设有第一入射孔、第二入射孔；所述多束激光为两束激光，两束激光分别适于从第一入射孔、第二入射孔射入多反气室内，并适于在反射镜上形成X形的两条线形光斑图案。

可选地，在根据本发明的多反气室中，所述第一反射镜的上部、下部的相应位置处分别设有第一入射孔、第三入射孔，所述第二反射镜上的相应位置处设有第二入射孔；所述多束激光为三束激光，三束激光分别适于从第一入射孔、第二入射孔、第三入射孔射入多反气室内，并适于在反射镜上形成交叉的三条线形光斑图案。

可选地，在根据本发明的多反气室中，每束激光在反射镜上形成的光斑与所有入射孔均不重合。

可选地，在根据本发明的多反气室中，每束激光入射时分别经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上一点。

可选地，在根据本发明的多反气室中，所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。

可选地，在根据本发明的多反气室中，所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算设备，包括：至少一个处理器；和存储有程序指令的存储器，其中，所述程序指令被配置为适于由所述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行如上所述方法的指令。

根据本发明的一个方面，提供了一种存储有程序指令的可读存储介质，当所述程序指令被计算设备读取并执行时，使得所述计算设备执行如上所述的方法。

根据本发明的的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，提供了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，针对设定的每个相对距离值，均设定光线以预定初始入射点坐标、预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上，以便在反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案。通过确定基于不同的入射条件下的光线的路径，基于光路传输稳定性设定预定反射次数范围、预定光斑间距范围，并基于预定反射次数范围、预定光斑间距范围来选择候选路径，生成候选路径集合。在实际应用中，可以从确定的候选路径集合中选定其中的多个候选路径，来控制不同的激光束分别基于相应的不同候选路径入射，每束激光可以检测相应的一种气体，从而能实现对多反气室内的多种气体进行同步检测。

进一步地，根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，通过确定在反射镜上形成线形光斑图案的相关条件，可以设计反射镜为窄条形的多反气室结构，体积小巧紧凑。这样，在实际应用中更便于携带多反气室，能实现更方便地测试气体，缩短气体检测时间。并且，所设计的多反气室的光学结构稳定性良好，能够在确保光路传输稳定性的前提下，实现光线在多反气室内经多次反射后能形成较长的光程，且输出光束的质量良好，这样有利于提高基于激光吸收光谱对气体检测的灵敏度和精度。

此外，根据本发明的多反气室、以及确定在多反气室内测试多种气体的方法，能实现在体积较小的多反气室内对多种气体进行同步检测。并且，可将该方法拓展至具有多个反射镜的多反气室的设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的示意图；

图2a示出了根据本发明一个实施例的多反气室200的结构示意图；

图2b示出了根据本发明一个实施例的入射光线的入射角度示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的确定在多反气室内形成线形光斑的方法300的流程示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的在多反气室内形成分布在反射镜中心线上的线形光斑图案示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的确定在多反气室内测试多种气体的方法500的流程示意图；

图6a、图6b分别示出了根据本发明一个实施例的多反气室200的结构示意图、基于该多反气室200形成的线形光斑图案示意图；以及

图7a、图7b分别示出了根据本发明又一个实施例的多反气室200的结构示意图、基于该多反气室200形成的线形光斑图案示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本方案，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在根据本发明的技术方案中，通过在计算设备中建立多反气室的光学模型，利用计算设备来实现确定在多反气室内形成线形光斑的方法300、以及确定在多反气室内测试多种气体的方法500。通过设定光线的入射条件，确定符合预定条件的光线的候选路径及其对应的线形光斑图案，进而可以从候选路径中选定多条路径分别作为用于测试不同气体的多束激光的路径，以便利用多束激光对多反气室内的多种气体进行同步检测。以下首先示出计算设备的一个示例。

图1是示例计算设备100的示意框图。

如图1所示，在基本的配置102中，计算设备100典型地包括系统存储器106和一个或者多个处理器104。存储器总线108可以用于在处理器104和系统存储器106之间的通信。

取决于期望的配置，处理器104可以是任何类型的处理，包括但不限于：微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信息处理器(DSP)或者它们的任何组合。处理器104可以包括诸如一级高速缓存110和二级高速缓存112之类的一个或者多个级别的高速缓存、处理器核心114和寄存器116。示例的处理器核心114可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点数单元(FPU)、数字信号处理核心(DSP核心)或者它们的任何组合。示例的存储器控制器118可以与处理器104一起使用，或者在一些实现中，存储器控制器118可以是处理器104的一个内部部分。

取决于期望的配置，系统存储器106可以是任意类型的存储器，包括但不限于：易失性存储器(诸如RAM)、非易失性存储器(诸如ROM、闪存等)或者它们的任何组合。系统存储器106可以包括操作系统120、一个或者多个应用122以及程序数据124。在一些实施方式中，应用122可以布置为在操作系统上由一个或多个处理器104利用程序数据124执行指令。

计算设备100还可以包括有助于从各种接口设备(例如，输出设备142、外设接口144和通信设备146)到基本配置102经由总线/接口控制器130的通信的接口总线140。示例的输出设备142包括图形处理单元148和音频处理单元150。它们可以被配置为有助于经由一个或者多个A/V端口152与诸如显示器或者扬声器之类的各种外部设备进行通信。示例外设接口144可以包括串行接口控制器154和并行接口控制器156，它们可以被配置为有助于经由一个或者多个I/O端口158和诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备)或者其他外设(例如打印机、扫描仪等)之类的外部设备进行通信。示例的通信设备146可以包括网络控制器160，其可以被布置为便于经由一个或者多个通信端口164与一个或者多个其他计算设备162通过网络通信链路的通信。

网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质通常可以体现为在诸如载波或者其他传输机制之类的调制数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块，并且可以包括任何信息递送介质。“调制数据信号”可以是这样的信号，它的数据集中的一个或者多个或者它的改变可以在信号中编码信息的方式进行。作为非限制性的示例，通信介质可以包括诸如有线网络或者专线网络之类的有线介质，以及诸如声音、射频(RF)、微波、红外(IR)或者其它无线介质在内的各种无线介质。这里使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质二者。

计算设备100可以实现为包括桌面计算机和笔记本计算机配置的个人计算机。当然，计算设备100也可以实现为小尺寸便携(或者移动)电子设备的一部分，这些电子设备可以是诸如蜂窝电话、数码照相机、个人数字助理(PDA)、个人媒体播放器设备、无线网络浏览设备、个人头戴设备、应用专用设备、或者可以包括上面任何功能的混合设备。甚至可以被实现为服务器，如文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和WEB服务器等。本发明的实施例对此均不做限制。

在根据本发明的实施例中，计算设备100被配置为执行根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法300、以及执行根据本发明的确定在多反气室内测试多种气体的方法500。其中，计算设备100的应用122中包含执行根据本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法300、以及确定在多反气室内测试多种气体的方法500的多条程序指令。

需要说明的是，本发明的确定在多反气室内形成线形光斑的方法300是通过建立根据本发明的实施例中的多反气室的光学模型，并基于光学模型来追迹光线的路径，并确定形成线形光斑图案的方法。

其中，图2a示出了根据本发明一个实施例的多反气室200的结构示意图。

如图2a所示，多反气室200包括同轴且对称布置的两个反射镜，分别为第一反射镜210和第二反射镜220，第一反射镜210和第二反射镜220例如是球面镜、柱面镜。在第一反射镜210与第二反射镜220之间形成反射腔室250。其中，第一反射镜210、第二反射镜220上均可以开设入射孔211，光线适于从反射镜的入射孔211射入多反气室的反射腔室250内，且光线会在第一反射镜210与第二反射镜220之间进行多次反射，每次反射会在第一反射镜210、第二反射镜220上产生反射光斑。光线在进行多次反射后通过第一反射镜210或第二反射镜220射出反射腔室250。

需要说明的是，根据本发明实施例中的多反气室200的结构和原理，光线在多反气室的反射腔室250内经过多次反射后，在反射镜上产生的多个反射光斑呈一定的规律分布，而且，光斑分布的具体形状与两个反射镜的相对距离、光线的入射点坐标、光线的入射角度相关。

基于多反气室200的结构和原理，本发明提出了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法300。在方法300中，基于多反气室200的结构和原理，在确定多反气室200中第一反射镜210、第二反射镜220的曲率半径后，在计算设备中通过Matlab语言编写程序来建立与多反气室200相对应的光学模型，以使计算设备通过多条程序指令来执行本发明多反气室内的光斑分布的方法300。这里，本发明不限于用Matlab软件来编写程序，现有技术中所有能够实现建立多反气室的光学模型的编程软件均在本发明的保护范围之内。

图3示出了根据本发明一个实施例的确定在多反气室内形成线形光斑的方法300的流程示意图。如图3所示，方法300始于步骤S310。

在步骤S310中，先确定多反气室200的第一反射镜、第二反射镜的镜面参数，镜面参数例如包括反射镜的曲率半径。并基于两个反射镜的镜面参数建立多反气室的光学模型。这里，光学模型是基于上述多反气室200的结构和原理建立的方程，例如是光线与反射镜所在的球面相交的方程，从而，通过该光学模型能基于多反气室的结构追迹光线在多反气室200内的路径，即是追迹光线通过第一反射镜210入射至多反气室200内后，在第一反射镜210与第二反射镜220之间进行多次反射直至射出的路径。并且，基于该光学模型可以计算光线与反射镜的交点坐标，交点坐标即是光线在第一反射镜、第二反射镜上形成的光斑坐标。其中，路径信息包括光线在第一反射镜和第二反射镜之间的反射次数、以及光线在第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑线形光斑图案。另外，路径信息也包括光线的初始入射点坐标和反射点坐标。

在根据本发明的实施例中，通过设定入射光线的入射条件，可以使光线在反射镜上形成的多个光斑呈线形分布，换言之，光线经过多次反射后在反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案。

随后，在步骤S320中，设定第一反射镜210与第二反射镜220的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组。

这里，基于相对距离范围、预定距离间隔构建相对距离数组后，可以从相对距离数组中依次获取每一个相对距离值。从而，能针对两个反射镜之间不同的相对距离值来追迹和确定光线在多反气室内的路径。

在一种实施方式中，基于多反气室200的结构和原理，结合实际测量情况，考虑测试气体时对光程的要求，并考虑在实际应用中的多反气室的体积和尺寸以及光路传输的稳定性，本发明设定第一反射镜210与第二反射镜220的相对距离d的取值范围为d≤2R(R为第一反射镜和第二反射镜的曲率半径)。在一种实施方式中，相对距离d的取值范围为50mm≤d≤200mm。在此基础上，根据预定距离间隔来建立第一反射镜与第二反射镜的相对距离数组。预定距离间隔例如为0.5mm，这里，本发明不限于该预定距离间隔的数值，预定距离间隔的具体数值可以由本领域技术人员根据实际情况自行设置。这样，在本实施方式中，基于相对距离d的最小取值(1mm)、最大取值(2Rmm)以及预定距离间隔(0.5mm)能构建相对距离数组{d_n}。d_n为距离数组{d_n}中的相对距离值，其中d_n的取值依次为：1mm，1.5mm，2mm……(2R-0.5)mm，2Rmm。

应当指出，基于多反气室200的原理，当两个反射镜的相对距离是确定值时，光线在反射腔室内的反射次数越多，总光程越长。但在实际应用中，还需要考虑光路传输的稳定性。当反射次数过多时，反射光线过于密集，会导致反射光线之间容易产生干涉现象，造成能量损失并产生周期性的干涉信号；当反射次数过少时，反射光线过于稀疏，虽然反射光线之间不会产生干涉现象，但会导致总光程过短，从而影响实际应用中光谱探测灵敏度以及可探测浓度范围。

在一个实施例中，基于多反气室200的结构和原理，综合考虑光路传输的稳定性以及光线的光程，本发明确定光线在反射腔室250内的预定反射次数范围为2～200次。这样，不仅能够满足光线在多反气室内经多次反射后形成较长的光程，而且能保证光路传输的稳定性。

另外，为避免光斑在反射镜上重合而形成干涉条纹，反射镜上的相邻的两个光斑之间的最小间距为0.5mm，也就是说，需要满足预定光斑间距范围为不小于0.5mm。

随后，在步骤S330中，针对相对距离数组{d_n}中的每一个相对距离值d_n，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度从第一反射镜210入射，并设定入射光线经过第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上的任意一点。

这里，如图2a所示，通过空间坐标来表示多反气室200的两个反射镜的位置关系，其中，是以两个反射镜的对称中心为坐标原点建立的空间坐标系。基于图2a中的空间坐标系，第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴对应的是x轴，也就是说，设定入射光线经过x轴上的任意一点。例如，入射光线经过x轴上一点的坐标为[M,0,0]，这样，光线经过多次反射后在反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，位于反射镜面上的圆的轨迹上。进而，根据预先建立的光学模型确定该条件下光线在多反气室200内的路径。

在一种实施方式中，根据实际测量情况，并考虑在实际应用中的多反气室的体积和尺寸，本发明设定光线的入射点位置的y坐标范围为：0≤y≤22mm。这样，能保证实际设计的多反气室的体积较小，并且，能够满足光线在多反气室内经多次反射后具有较长的光程。

需要说明的是，基于以上确定的两个反射镜之间的相对距离、与反射镜的曲率半径的关系、光线入射点的坐标区间，能够实现在实际应用中利用多反气室检测气体时，所设计的多反气室的体积较小、光学结构稳定性良好，能够在确保光路传输稳定性的前提下，实现光线在多反气室内经多次反射后能形成较长的光程，且输出光束的质量良好。

根据一个实施例，本发明在保证入射光线会经过第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴(x轴)的前提下，需要先构建光线的初始入射点坐标数组，进而，基于初始入射点坐标数组中的每一个初始入射点坐标，分别构建与每个初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组。这里，需要说明的是，为了保证入射光线会经过第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴(x轴)，在确定每个初始入射点坐标后，也就限定了入射光线是在由初始入射点坐标和x轴所确定的平面上，因此，需要基于该平面来建立与初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组。

图2b示出了根据本发明一个实施例的入射光线的入射角度示意图。如图2b所示，在空间坐标系中，光线的初始入射角度用θ和φ表示。

在一种实施方式中，综合考虑实际设计的多反气室的体积、反射次数和光程等因素，本发明确定初始入射角度θ的范围为90°≤θ≤110°。这里，θ是指入射光线在由初始入射点坐标和y轴所确定的平面上与y轴的夹角。

根据一个实施例，在建立初始入射点坐标数组、以及与每个初始入射点坐标分别相对应的初始入射角度数组之后，在设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射的具体执行过程中，在从初始入射点坐标数组中获取每一个初始入射点坐标作为预定初始入射点坐标时，均从与获取的预定初始入射点坐标相应的初始入射角度数组中依次获取每一个初始入射角度作为预定初始入射角度来设定光线入射。也就是说，设定光线分别以初始入射点坐标数组中的每一个初始入射点坐标、以及与初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组中的每一个初始入射角度入射。

应当理解，当设定两个反射镜的相对距离为相对距离数组中的每一个相对距离值时，均设定光线分别以从初始入射点坐标数组中获取的每一个初始入射点坐标、以及从每一个初始入射点坐标对应的初始入射角度数组中获取的每一个初始入射角度入射。这样，对于两个反射镜设定的每一个相对距离值，均对光线设定了初始入射点坐标数组中的所有初始入射点坐标、与每个初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组中的所有初始入射角度，并追迹基于所设定的条件下光线在多反气室内的路径。

在一种实施方式中，在构建初始入射点坐标数组时，通过确定光线的第一初始入射点坐标、预定坐标差值，基于光线的第一初始入射点坐标和预定坐标差值，来构建初始入射点坐标数组。

根据一个实施例，初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标在预定入射点坐标区间内。这里，预定入射点坐标区间是基于反射镜的镜片尺寸来确定，换言之，是基于反射镜的镜面所在的坐标区间来确定。为了增强反射镜镜片的机械稳定性，避免在镜片的边缘处开设入射孔或出射孔，故，本发明设定初始入射点坐标区间可以基于镜面所在的坐标区间来确定，并且，预定入射点坐标区间小于反射镜的镜面对应的坐标区间，以保证初始入射点坐标与镜片边缘具有预定距离。

根据一个实施例，多反气室200的第一反射镜210、第二反射镜220具有相同的镜面参数，具体地，两个反射镜的曲率半径相同。这里，本发明对第一反射镜210、第二反射镜220的曲率半径的具体数值不做限制。例如，第一反射镜和第二反射镜的曲率半径R可以为100mm，但不限于此。

在根据本发明技术方案设计的多反气室200中，第一反射镜、第二反射镜具有相同的形状和尺寸，且反射镜的正面投影形状为长条形的矩形。在一种实施方式中，反射镜的正面投影的矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。

可见，基于本发明的技术方案，通过使光线在反射镜上形成线形光斑图案，可以设计反射镜为窄条形的体积更小的多反气室。有利于使实际设计的多反气室的体积小巧紧凑。

随后，在步骤S340中，在光线路径中选择反射次数在预定反射次数范围内、且在线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取每个第一候选路径对应的第一线形光斑图案。这里，光线的路径包括了基于每一种设定的预定距离值、预定初始入射点坐标和预定初始入射角度参数下所确定的光线的路径。线形光斑图案是光线在第一反射镜、第二反射镜上反射形成的所有光斑的集合，光斑间距包括线形光斑图案中任意相邻两个光斑之间的间距。如前文所述，预定反射次数范围为2～200次，预定光斑间距范围为不小于0.5mm。

最后，在步骤S350中，为相对距离范围内的所有候选路径生成候选路径集合，并根据候选路径集合中每一个候选路径对应的线形光斑图案生成候选线形光斑图案集合。

应当指出，基于上述设定的每一种相对距离值、预定初始入射点坐标和预定初始入射角度参数下所确定的光线的路径，分别对应一个线形光斑图案。每个线形光斑图案相对于反射镜的位置、角度、或者光斑的密集程度不同。根据设定的预定反射次数范围、预定光斑间距范围来确定符合条件的路径作为候选路径，每一个候选路径也分别对应一个候选光斑图案。候选光斑图案集合即是根据本发明的技术方案所确定的线形光斑图案的集合。

图4示出了根据本发明一个实施例的在多反气室内形成分布在反射镜中心线上的线形光斑图案示意图。

在一种实施方式中，通过设定光线的初始入射点坐标位于反射镜的中心线上，这里，中心线位于xy平面上，故，初始入射点的z坐标为0。并且，入射光线经过两个反射镜中心对称轴上的任意一点。基于本发明的多反气室的结构和光线反射原理，在该条件下，光线在反射镜上形成的第一线形光斑图案中的多个光斑也位于反射镜的中心线上，参见图4所示。并且，基于该条件所确定的所有第一线形光斑图案均分布在反射镜的中心线上。

进一步地，基于上述条件确定第一候选路径以及相应的第一线形光斑图案之后，确定第一线形光斑图案绕其所在的反射镜的中心旋转预定角度后形成的第二线形光斑图案。需指出，基于第一线形光斑图案选择预定角度后形成的第二线形光斑图案，应当满足所有光斑分布在反射镜的镜面上。这里，本发明对预定角度的具体数值不做限制。

另外，在基于该实施方式生成候选路径集合时，还根据光学模型确定与所有第二线形光斑图案相对应的光线路径，作为第二候选路径。并为相对距离范围内的所有第一候选路径和第二候选路径生成候选路径集合。

根据一个实施例，路径信息包括光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的每个光斑的坐标。在根据本发明的技术方案中，还从候选路径集合中选取预定数量的候选路径作为选定路径。

应当指出的是，通过选取预定数量的选定路径，可以用于对多反气室内的多种气体进行同步测试。具体而言，选取的每个选定路径可分别对应一束激光，每束激光用于测试相应的一种气体。在实际应用中，通过根据本发明的方法设计的多反气室测试气体时，多反气室内可以包括由多种气体混合的混合气体，以便对混合气体的浓度进行检测。在确定每种气体对应的激光束后，将多束激光分别基于相应的、不同的选定路径入射至多反气室内，每束激光分别用于检测相应的一种气体，从而能实现对多反气室内的多种气体进行同步检测。

预定数量例如是两个或者两个以上，这里，本发明对预定数量不做具体限制，其可以由本领域技术人员根据实际测试的气体的种类数量来确定。

另外，本发明所确定的每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。并且，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标之间存在预定距离，以确保选定路径对应的每个光斑与所有的入射孔均不重合。这里，预定距离需基于开设的入射孔的尺寸来确定，入射孔的直径范围例如是0.5～3mm。需要说明的是，在通过多束激光基于选取的预定数量的选定路径来检测多种气体时，需要基于选定路径对应的入射点坐标在反射镜的相应位置处开设入射孔，以便激光束从相应的入射孔射入多反气室。为了防止光线在反射中途从任意一个入射孔射出，需保证每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的入射点坐标均不相同、并存在预定间隔距离。

根据一个实施例，光学模型是基于入射光线以及第一反射镜和第二反射镜所在的球面建立的直线与圆相交的方程。具体地，基于直线与圆相交的方程，确定光线在多反气室内的路径的方法可以按照以下步骤执行：

基于从第一反射镜入射的本次入射光线的入射点坐标、入射角度、以及圆方程，计算本次入射光线与第二反射镜的本次交点坐标，并确定经第二反射镜反射后的本次反射光线的反射角度；

将本次反射光线作为从第二反射镜入射的下一次入射光线，将本次交点坐标和本次反射光线的反射角度分别作为从第二反射镜入射的下一次入射光线的入射点坐标和入射角度；

基于下一次入射光线的入射点坐标和入射角度以及圆方程，计算下一次入射光线与第一反射镜的下一次交点坐标，并确定经第一反射镜反射后的下一次反射光线的反射角度；

通过重复以上步骤，直到确定光线通过反射镜(第一反射镜或第二反射镜)从多反气室射出为止，从而能够确定光线在多反气室内的完整路径。

应当指出，在确定光线通过反射镜射出后，是基于所确定的多个交点坐标来确定光线在第一反射镜、第二反射镜上形成的多个光斑。

根据一种实施方式，如图2a所示，通过空间坐标来表示多反气室200的两个反射镜的位置关系,两个反射镜的曲率半径均为R,相对距离为d。第一反射镜210、第二反射镜220的中心分别位于x＝-d/2，x＝d/2处。

第一反射镜210的中心线(即是xy平面与镜面的交线)上开设有入射孔211,光线从第一反射镜210的中心线上的入射孔211入射至多反气室200内。也就是说，光线的初始入射点坐标位于反射镜的中心线上，且初始入射点坐标位于xy平面上，即是初始入射点的z坐标为0。

如图2b所示，设定入射光线以角度θ和φ从入射孔211入射，并且入射光线经过中心对称轴(x轴)上的任意一点。经过N次反射后射出。这里，当入射光线经过第一反射镜210与第二反射镜220的中心对称轴上任意一点[0,m,0]时，光线在三维空间中传播转变为在二维平面内传播。光学模型可以由求解直线与反射镜所在的球面相交的方程简化为求解直线与球面上的圆相交的方程。

设定入射角度φ为90度，则可以确定圆方程为

并且，入射方向向量可以表示为r⁽⁰⁾＝[sinθ，cosθ,0]。入射光线方程可以表示为

其中，上标i代表第i次反射，

为第i次反射的入射点坐标，

为第i次反射的入射方向向量。

第一反射镜与第二反射镜的曲率半径相同，设定两个反射镜的曲率半径均为R，第一反射镜与第二反射镜之间的距离为d，其中，d≤2R。则，第一反射镜、第二反射镜的曲率中心分别是：

将入射光线方程代入到圆方程

中，可得到一个二次方程的表达式：

其中

通过求解直线与圆相交的方程可以得到两个根，并保留较大的正根为：

进而，可以求解出第(i+1)次反射的入射点坐标、入射点的法向量以及第(i+1)次反射的入射方向向量，分别为：

根据以上迭代关系，当

以及r⁽ⁱ⁺¹⁾＝r⁽ⁱ⁾时，光线经过N次反射恰好经过原入射点位置，这种结构的多反气室可以实现：光线从入射孔射入反射腔室内，经过多次反射后从原入射孔射出。

需要说明的是，出射孔可以设置于第一反射镜210或第二反射镜220上，光线从入射孔211射入多反气室内，并在第一反射镜210与第二反射镜220之间进行N次反射后，从该出射孔射出。

在满足重入条件时，出射孔设置于第一反射镜210上并与入射孔211重合。也就是说，光线从入射孔211射入多反气室内，并在第一反射镜210与第二反射镜220之间进行N次反射后，从入射孔211射出。

根据一个实施例，选择候选路径的方法可以进一步按照以下方法执行：选择反射次数在预定反射次数范围内、在光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围、且出射点坐标与预定初始入射点坐标相同的路径作为候选路径。这里，在选择候选路径时，进一步限定了路径中的出射点坐标与预定初始入射点坐标相同，这样能保证所选择的候选路径满足重入条件，即是出射点与入射点重合。在实际应用中，基于满足重入条件的候选路径集合来选择候选路径后，基于确定的候选路径来设置光线的初始入射点坐标及对应的入射孔，能实现光线从入射孔射入多反气室、并在多反气室内进行多次反射后，从原入射孔射出。

图6a、图7a分别示出了根据本发明一个实施例的多反气室200的结构示意图。需要说明的是，多反气室200的结构是基于本发明的方法300设计的。如上所述，光线在一定条件下入射至多反气室200内，在第一反射镜210与第二反射镜220之间进行多次反射后射出，并可以在反射镜上形成线形光斑图案。

如图6a和图7a所示，多反气室200包括对称布置的第一反射镜210、第二反射镜220，第一反射镜210、第二反射镜220具有相同的曲率半径，且形状的形状均为窄条形，尺寸完全相同，使多反气室200整体结构小巧紧凑。另外，第一反射镜210与第二反射镜220之间具有一定的相对距离。

根据一个实施例，第一反射镜210与第二反射镜220之间的相对距离d的范围为d≤2R，这里，R为第一反射镜210和第二反射镜220的曲率半径。反射镜的正面投影形状为矩形，矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。

基于上述多反气室200的结构，在体积较小的情况下，能够满足光线在多反气室内经多次反射后具有较长的光程。

在一个实施例中，多反气室200内可以包括由待检测的多种气体混合形成的混合气体。第一反射镜210、第二反射镜220上分别可以开设入射孔，共设有多个入射孔，从而多反气室200可以射入多束激光，每束激光分别可以用于检测相应的一种气体。具体地，通过控制每束激光从第一反射镜210或第二反射镜220上的相应的入射孔、以相应的初始入射角度射入多反气室200内，使每束激光入射时分别经过第一反射镜210与第二反射镜220的中心对称轴上的任意一点。这样，每束激光分别在第一反射镜210与第二反射镜220之间进行多次反射后射出，且每束激光分别可以在反射镜上形成线形光斑图案。通过分析射出后的光束能实现对气体的检测。

在通过本发明的多反气室200测试气体时，在确定每种气体对应的激光束后，将多束激光分别基于相应的路径入射至多反气室内，能实现对多反气室200内的多种气体进行同步检测。例如，通过射入多束激光对混合气体的浓度进行检测。

图5示出了根据本发明一个实施例的确定在多反气室200内测试多种气体的方法500。这里，多反气室200例如是图6a、图6b示出的多反气室200，从而，在基于方法500确定测试多种气体的方法之后，可以基于如图6a、图6b示出的多反气室200来对多种气体进行测试。

如图5所示，方法始于步骤S510。

在步骤S510中，确定如上所述的方法300来确定与多反气室200的结构(包括反射镜的曲率半径R、相对距离d以及镜面尺寸等参数)相对应的候选线形光斑图案集合。

随后，在步骤S520中，从候选光斑图案集合中选取一个分布在第一反射镜210、或者第二反射镜220的中心线上的候选光斑图案，作为第一选定线形光斑图案。

随后，在步骤S530中，确定第一选定光斑图案绕其所在的反射镜的中心旋转预定角度后形成的线形光斑图案，并基于旋转后形成的线形光斑图案来确定第二选定线形光斑图案。例如，预定角度为α，则根据旋转矩阵：

可以求解出旋转后形成的线形光斑图案的各光斑坐标

和

其中光斑的

坐标值可以根据反射镜对应的球面方程求解。

根据一个实施例，可以按照以下方法来确定第二选定线形光斑图案：

首先确定角度间隔，并基于角度间隔构建角度数组。例如，角度间隔为1°，则基于角度间隔构建的角度数组为{1°，2°，3°，4°……}，这里，角度数组中的最大角度值是基于反射镜的镜面尺寸来确定，需要确保旋转后形成的线形光斑图案的每个光斑均位于镜面区域内。

进而，确定第一选定光斑图案分别以角度数组中的每一个角度绕反射镜的中心分别顺时针、逆时针各旋转相应角度后形成的多组对称的线形光斑图案。也就是说，每次从角度数组中获取一个角度值，并基于每次获取的角度值将第一选定光斑图案绕反射镜的中心分别顺时针、逆时针各旋转相应角度，确定顺时针、逆时针旋转后形成的两个对称的线形光斑图案，即是确定一组对称的线形光斑图案。经过多次从角度数组中获取角度值后，便可以确定多组对称的线形光斑图案。这里，每组对称的线形光斑图案为X形。

从旋转后形成的多组对称的线形光斑图案中选取一组或多组作为第二选定线形光斑图案。

这里，在确定第二选定线形光斑图案后，可以根据上述旋转矩阵、球面方程来计算各个光斑的坐标值。

随后，在步骤S540中，基于相应的候选路径集合，确定与第一选定线形光斑图案和/或第二选定线形光斑图案分别相对应的光线路径，作为选定路径。这样，基于多个选定路径，可以为每束激光分配一个选定路径，并控制多束激光分别以相应的选定路径入射至多反气室，使每束激光对相应的气体进行检测，从而实现对多种气体的同步检测。

根据一个实施例，在确定选定路径之后，还确定与选定路径相对应的初始入射点坐标、初始入射角度，以便控制多束激光以相应的选定路径对应的初始入射点坐标、初始入射角度入射至多反气室，并对相应的气体进行检测。具体地，是在反射镜上与选定路径相对应的初始入射点坐标的位置处开设入射孔，以便多束激光分别从相应的入射孔射入多反气室200内。

在一种实施方式中，如图6b所示，在为多束激光确定相应的多个选定路径时，可以只选择第二选定线形光斑图案对应的光线路径，这样，多束激光最终形成的线形光斑图案即是一组或多组对称的、呈X形的线形光斑图案。

图6a示出的是与图6b所示的线形光斑图案相对应的多反气室200，如图6a所示，第一反射镜210、第二反射镜220上的相应位置处分别设有第一入射孔A、第二入射孔B。多束激光为两束激光，两束激光分别可以从第一入射孔A、第二入射孔B射入多反气室200内，并可以在反射镜上形成X形的两条线形光斑图案，参见图6b。

在又一种实施方式中，如图7b所示，在为多束激光确定相应的多个选定路径时，也可以同时选择第一选定线形光斑图案、第二选定线形光斑图案(例如包括一组对称的线形光斑图案)对应的光线路径，这样，多束激光最终形成的线形光斑图案即是包括分布在反射镜的中心线上的一条、以及相对中心线对称的呈X形的线形光斑图案。

图7a示出的是与图7b所示的线形光斑图案相对应的多反气室200，如图7a所示，第一反射镜210的上部、下部的相应位置处分别设有第一入射孔A、第三入射孔C。第二反射镜220上的相应位置处设有第二入射孔B。多束激光为三束激光，三束激光分别可以从第一入射孔A、第二入射孔B、第三入射孔C射入多反气室200内，并可以在反射镜上形成交叉的三条线形光斑图案，参见图7b。

A6、如A1-A5任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，第一反射镜和第二反射镜为球面镜，所述光学模型为基于所述入射光线以及所述第一反射镜和第二反射镜所在的球面建立的直线与圆相交的方程，以及所述确定光线路径的步骤包括：基于从第一反射镜入射的本次入射光线的入射点坐标、入射角度、以及所述圆方程，计算本次入射光线与所述第二反射镜的本次交点坐标，并确定经所述第二反射镜反射后的本次反射光线的反射角度；将本次反射光线作为从第二反射镜入射的下一次入射光线，将所述本次交点坐标和本次反射光线的反射角度分别作为从第二反射镜入射的下一次入射光线的入射点坐标和入射角度；基于所述下一次入射光线的入射点坐标和入射角度以及所述圆方程，计算下一次入射光线与所述第一反射镜的下一次交点坐标，并确定经所述第一反射镜反射后的下一次反射光线的反射角度；在确定光线通过所述反射镜射出后，基于所确定的多个交点坐标确定光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑。A7、如A3所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述预定入射点坐标区间小于所述反射镜的镜面区域对应的坐标区间。A8、如A7所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。A9、如A1-A8任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。A10、如A9所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，所述相对距离d的范围为50mm≤d≤200mm。A11、如A1-A10任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述预定距离间隔为0.5mm。A12、如A1-A11任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述预定反射次数范围为2～200次。A13、如A1-A12任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：预定光斑间距范围为不小于0.5mm。A14、如A1-A13任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述第一反射镜与第二反射镜同轴且对称布置，且所述第一反射镜和第二反射镜的镜面参数相同。

B17、如B15或B16所述的确定在多反气室内测试多种气体的方法，其中，确定第二选定线形光斑图案的步骤包括：确定角度间隔，并基于角度间隔构建角度数组；确定第一选定光斑图案分别以所述角度数组中的每一个角度绕反射镜的中心分别顺时针、逆时针旋转后形成的多组对称的线形光斑图案；以及从所述旋转后形成的对称的多组线形光斑图案中选取一组或多组作为第二选定线形光斑图案。B18、如B15-B17任一项所述的确定在多反气室内测试多种气体的方法，其中，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。

C20、如C19所述的多反气室，其中：所述第一反射镜、第二反射镜上的相应位置处分别设有第一入射孔、第二入射孔；所述多束激光为两束激光，两束激光分别适于从第一入射孔、第二入射孔射入多反气室内，并适于在反射镜上形成X形的两条线形光斑图案。C21、如C19所述的多反气室，其中：所述第一反射镜的上部、下部的相应位置处分别设有第一入射孔、第三入射孔，所述第二反射镜上的相应位置处设有第二入射孔；所述多束激光为三束激光，三束激光分别适于从第一入射孔、第二入射孔、第三入射孔射入多反气室内，并适于在反射镜上形成交叉的三条线形光斑图案。C22、如C19-C21任一项所述的多反气室，其中：每束激光在反射镜上形成的光斑与所有入射孔均不重合。C23、如C19-C22任一项所述的多反气室，其中：每束激光入射时分别经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上一点。C24、如C19-C23任一项所述的多反气室，其中：所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。C25、如C19-C24任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。

应当指出，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同，并且，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标之间存在预定距离，以确保每束激光在反射镜上形成的每个光斑与所有的入射孔均不重合，防止光线在反射中途从任意一个入射孔射出。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如可移动硬盘、U盘、软盘、CD-ROM或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的数据存储方法和/或数据查询方法。

以示例而非限制的方式，可读介质包括可读存储介质和通信介质。可读存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在可读介质的范围之内。

在此处所提供的说明书中，算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与本发明的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (26)

1.一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括同轴且对称布置的第一反射镜和第二反射镜，光线适于从所述第一反射镜射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后射出，且光线适于在所述反射镜上形成多个光斑；所述方法包括：

确定所述第一反射镜、第二反射镜的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型，以便根据所述光学模型确定光线在多反气室内的路径，路径信息包括光线的出射点坐标、光线在第一反射镜和第二反射镜之间的反射次数以及光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑；

设定所述第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；

针对所述相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上的任意一点，以便在所述反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，根据所述光学模型确定该条件下光线在多反气室内的路径；

选择所述反射次数在预定反射次数范围内、且在所述线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围、且出射点坐标与所述预定初始入射点坐标相同的路径作为第一候选路径，并获取所述第一候选路径对应的第一线形光斑图案；以及

为所述相对距离范围内的所有第一候选路径生成候选路径集合，并根据所述候选路径集合中每一个候选路径对应的线形光斑图案生成候选线形光斑图案集合。

2.如权利要求1所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，所述初始入射点坐标位于所述反射镜的中心线上，为所述相对距离范围内的所有候选路径生成候选路径集合的步骤包括：

确定所述第一线形光斑图案绕其所在的反射镜镜面的中心旋转预定角度后形成的第二线形光斑图案，并根据所述光学模型确定与所述第二线形光斑图案相对应的光线路径，作为第二候选路径；

为所述相对距离范围内的所有第一候选路径和第二候选路径生成候选路径集合。

3.如权利要求1所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射的步骤包括：

设定光线的第一初始入射点坐标，基于预定坐标差值构建初始入射点坐标数组，其中，所述初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标在预定入射点坐标区间内；

基于初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标，分别构建相应的初始入射角度数组；

设定光线分别以初始入射点坐标数组中的每一个初始入射点坐标、以及与初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组中的每一个初始入射角度入射。

4.如权利要求3所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，所述路径信息包括光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的每个光斑的坐标，所述方法还包括步骤：

从所述候选路径集合中选取预定数量的候选路径作为选定路径，其中，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。

5.如权利要求1-4任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，第一反射镜和第二反射镜为球面镜，所述光学模型为基于所述入射光线以及所述第一反射镜和第二反射镜所在的球面建立的直线与圆相交的方程，以及确定光线路径的步骤包括：

基于从第一反射镜入射的本次入射光线的入射点坐标、入射角度、以及所述圆方程，计算本次入射光线与所述第二反射镜的本次交点坐标，并确定经所述第二反射镜反射后的本次反射光线的反射角度；

将本次反射光线作为从第二反射镜入射的下一次入射光线，将所述本次交点坐标和本次反射光线的反射角度分别作为从第二反射镜入射的下一次入射光线的入射点坐标和入射角度；

基于所述下一次入射光线的入射点坐标和入射角度以及所述圆方程，计算下一次入射光线与所述第一反射镜的下一次交点坐标，并确定经所述第一反射镜反射后的下一次反射光线的反射角度；

在确定光线通过所述反射镜射出后，基于所确定的多个交点坐标确定光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑。

6.如权利要求3所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

所述预定入射点坐标区间小于所述反射镜的镜面区域对应的坐标区间。

7.如权利要求6所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20~120mm,宽度范围为5~120 mm。

8.如权利要求1-4任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。

9.如权利要求8所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，所述相对距离d的范围为50mm≤d≤200mm。

10.如权利要求1-4任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

所述预定距离间隔为0.5mm。

11.如权利要求1-4任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

所述预定反射次数范围为2~200次。

12.如权利要求1-4任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

预定光斑间距范围为不小于0.5mm。

13.如权利要求1-4任一项所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中：

所述第一反射镜和第二反射镜的镜面参数相同。

14.一种确定在多反气室内测试多种气体的方法，所述多反气室包括对称布置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与第二反射镜之间具有相对距离，且所述多反气室适于射入多束激光，每束激光分别适于检测一种气体，所述方法包括：

基于如权利要求1-13任一项所述的方法确定与所述多反气室相对应的候选线形光斑图案集合；

从所述候选光斑图案集合中选取一个分布在反射镜的中心线上的候选光斑图案，作为第一选定线形光斑图案；

基于所述第一选定光斑图案绕反射镜的中心旋转预定角度后形成的线形光斑图案，确定第二选定线形光斑图案；以及

确定与所述第一选定线形光斑图案和/或第二选定线形光斑图案分别相对应的光线路径，作为选定路径，以便控制多束激光以相应的选定路径入射至多反气室，并对相应的气体进行检测。

15.如权利要求14所述的确定在多反气室内测试多种气体的方法，其中，在确定选定路径之后，还包括步骤：

确定与所述选定路径相对应的初始入射点坐标、初始入射角度，以便控制多束激光以相应的选定路径对应的初始入射点坐标、初始入射角度入射至多反气室，并对相应的气体进行检测。

16.如权利要求14所述的确定在多反气室内测试多种气体的方法，其中，确定第二选定线形光斑图案的步骤包括：

确定角度间隔，并基于角度间隔构建角度数组；

确定第一选定光斑图案分别以所述角度数组中的每一个角度绕反射镜的中心分别顺时针、逆时针旋转后形成的多组对称的线形光斑图案；以及

从所述旋转后形成的对称的多组线形光斑图案中选取一组或多组作为第二选定线形光斑图案。

17.如权利要求14-16任一项所述的确定在多反气室内测试多种气体的方法，其中，

每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。

18.一种多反气室，适于射入多束激光，每束激光分别适于检测一种气体，其中：

所述多反气室包括同轴且对称布置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与第二反射镜之间具有相对距离，所述第一反射镜和第二反射镜上共设有多个入射孔；

每束激光适于从所述第一反射镜或第二反射镜的入射孔、以相应的初始入射角度射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后从所述入射孔射出，且每束激光分别适于在反射镜上形成线形光斑图案。

19.如权利要求18所述的多反气室，其中：

所述第一反射镜、第二反射镜上的相应位置处分别设有第一入射孔、第二入射孔；

所述多束激光为两束激光，两束激光分别适于从第一入射孔、第二入射孔射入多反气室内，并适于在反射镜上形成X形的两条线形光斑图案。

20.如权利要求18所述的多反气室，其中：

所述第一反射镜的上部、下部的相应位置处分别设有第一入射孔、第三入射孔，所述第二反射镜上的相应位置处设有第二入射孔；

所述多束激光为三束激光，三束激光分别适于从第一入射孔、第二入射孔、第三入射孔射入多反气室内，并适于在反射镜上形成交叉的三条线形光斑图案。

21.如权利要求18-20任一项所述的多反气室，其中：

每束激光在反射镜上形成的光斑与所有入射孔均不重合。

22.如权利要求18-20任一项所述的多反气室，其中：

每束激光入射时分别经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上一点。

23.如权利要求18-20任一项所述的多反气室，其中：

所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20~120mm,宽度范围为5~120 mm。

24.如权利要求18-20任一项所述的多反气室，其中：

所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。

25.一种计算设备，包括：

至少一个处理器；和

存储有程序指令的存储器，其中，所述程序指令被配置为适于由所述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行如权利要求1-17中任一项所述方法的指令。

26.一种存储有程序指令的可读存储介质，当所述程序指令被计算设备读取并执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1-17中任一项所述的方法。

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