CN112540053A - 开放式气体检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了开放式气体检测装置，所述开放式气体检测装置包括光发射单元、探测器和分析单元；光接收单元包括：第一反射镜具有凹面反射面，在所述第一反射镜的中心设置透光窗口；第二反射镜具有凸面反射面，并迎着所述凹面反射面；所述第二反射镜设置在所述第一反射镜内部；所述第二反射镜的背对凸面反射面的面与所述第一反射镜的迎着检测光的端面的距离
Figure DDA0002704237090000011
f1·r＝f2·R，f1为所述第一反射镜的焦距，f2为所述第二反射镜的焦距，R为所述第一反射镜的口径，r为所述第二反射镜的口径，R＞r。本发明具有结构简单等优点。

Description

开放式气体检测装置
技术领域
本发明涉及气体分析，特别涉及开放式气体检测装置。
背景技术
傅里叶红外开放式气体分析仪是一款基于傅里叶变换红外光谱技术(FTIR) 的环境空气质量监控及环境安全预警仪器，这类仪器具有多种技术优势，如：
1.可以同时连续监测城市上空及厂矿企业周边环境大气中SO2、NO、NO2、 CH4、NH3、HCl、HF、CO、CO2、VOCs、恶臭等多达100多种气体组分的实 时浓度。
2.可结合新兴的物联网、云计算、大数据、移动互联网、空间地理信息集 成等信息技术，将监测结果及时上传至数据中心，管理人员据此实现对环境大 气的实时监控及环境安全突发事故的有效预防和控制。
开放式气体分析仪分为发射端和接收端两部分，发射端包含一个红外热辐 射光源和准直望远镜光路。光源发出的红外辐射被望远镜汇聚成平行光束。由 于测量光程需达到数百米，望远镜口径通常需要达到250mm左右以保证光束的 准直性。光束穿过数百米的光程后被接收端接收，接收端包含汇聚望远镜光路、 干涉仪和检测器。光束直径被汇聚望远镜光路缩小至25cm左右，然后经过干涉 仪调制后被检测器接收。
传统的接收端光路采用牛顿望远镜或卡塞格林望远镜的形式，结构比较复 杂，需要调节的镜片较多，稳定性差，且副镜收光角度小，必须使用长焦镜。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、稳定性 好、无需使用长焦反射镜的开放式气体检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
开放式气体检测装置，所述开放式气体检测装置包括光发射单元、探测器 和分析单元；所述开放式气体检测装置还包括：
光接收单元，所述光接收单元包括：
第一反射镜，所述第一反射镜具有凹面反射面，在所述第一反射镜的中心 设置透光窗口；
第二反射镜，所述第二反射镜具有凸面反射面，并迎着所述凹面反射面； 所述第二反射镜设置在所述第一反射镜内部；所述第二反射镜的背对凸面反射 面的面与所述第一反射镜的迎着检测光的端面的距离
Figure BDA0002704237070000021
f1·r＝f2·R，f1为所述第一反射镜的焦距，f2为所述第二反射镜的焦距，R为所述 第一反射镜的口径，r为所述第二反射镜的口径，R＞r。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.结构简单、稳定性好；
仅使用二个反射镜(具有凹面反射面的第一反射镜和具有凸面反射面的第 二反射镜)的组合，即可实现了光接收功能，结构简单、稳定性好；
2.无需长焦反射镜；
利用特殊设计的第一反射镜和第二反射镜，也即第一反射镜和第二反射镜 的参数设计以及位置设计，实现了大收光角度，无需使用长焦反射镜；
3.准确度高；
第一反射镜和第二反射镜的反射面均采用抛物面，提高了从第一反射镜出 射的光的平行度，提高了后续光的干涉效应，相应地提高了后续气体检测的准 确度。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解 的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的 保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的开放式气体检测装置的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何 实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。 本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围 内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多 个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们 的等同物限定。
实施例1：
图1给出了本发明实施例的开放式气体检测装置的结构示意图，如图1所 示，所述开放式气体检测装置包括：
光发射单元、探测器21和分析单元；这些都是本领域的现有技术，具体在 此不再赘述；
光接收单元，所述光接收单元包括：
第一反射镜11，所述第一反射镜11具有凹面反射面，在所述第一反射镜11 的中心设置透光窗口；
第二反射镜12，所述第二反射镜12具有凸面反射面，并迎着所述凹面反射 面；所述第二反射镜12设置在所述第一反射镜11内部；所述第二反射镜12的 背对凸面反射面的面与所述第一反射镜11的迎着检测光的端面的距离
Figure BDA0002704237070000031
f1·r＝f2·R，f1为所述第一反射镜11的焦距，f2大为所述第二 反射镜12的焦距，R为所述第一反射镜11的口径，r为所述第二反射镜12的口 径，R＞r。
为了提高收光效果，进一步地，所述第一反射镜和第二反射镜共轴。
为了能同时分析多种气体，进一步地，所述开放式气体检测装置还包括：
透反镜13，所述透反镜设置在所述第一反射镜11的出光方向上；
第三反射镜14和第四反射镜15，所述第三反射镜14设置在所述透反镜13 的透射光方向上，所述第四反射镜15设置在所述透反镜13的反射光方向上； 第三反射镜14和第四反射镜15的反射面均迎着所述透反镜13；
驱动单元，所述驱动单元用于驱动第三反射镜或第四反射镜沿着光行进方 向正向和反向平移；
所述探测器设置在所述透反镜的侧部，接收所述透反镜的出射光。
为了提高从第一反射光出射光的平行度，进一步地，所述凹面和凸面为抛 物面。
实施例2：
根据本发明实施例1的开放式气体检测装置在大气监测中的应用例。
在该应用例中，为了监测大气中SO2、NO、NO2、CH4、NH3、HCl、HF、 CO、CO2、VOCs及恶臭气体等多达100多种气体组分，本实施例采用傅里叶变 换红外光谱技术，鉴于此，采用如下技术方案：
如图1所示，第一反射镜11采用具有抛物面形的凹面反射镜，口径大于第 二反射镜12，第一反射镜11的中心具有通孔，作为透光窗口，适于出射光的通 过；第二反射镜12采用抛物面形的凸面反射镜，设置在所述第一反射镜11内， 所述凸面和凹面相对设置，使得外界光依次被所述凹面和凸面反射，之后从第 一反射镜11中心的透光窗口出射；第一反射镜、第二反射镜的参数如下：
序号 f<sub>1</sub>(mm) f<sub>2</sub>(mm) R(mm) r(mm) L(mm)
1 36 4.5 102 12.75 31.72
2 48 6 120 15 21
3 60 9 150 22.5 20.5
透反镜13设置在穿过所述透光窗口的出射光光路上；第三反射镜14采用 平面反射镜，设置在透反镜13的透射光光路上，透射光依次被第三反射镜14、 透反镜13反射后，会聚在探测器21上；第四反射镜15采用平面反射镜，设置 在透反镜13的反射光光路上，反射光依次被第四反射镜15反射和透反镜13透 射后，与所述透射光在透反镜上的反射光合束，并会聚在探测器21上；
驱动单元驱动所述第四反射镜在沿着光轴正向和反向移动；
分析单元利用傅里叶变换红外光谱技术处理探测器的输出信号，从而同时 获得大气中多种成分的含量。
实施例3：
根据本发明实施例1的开放式气体检测装置的应用例，与实施例2不同的 是：
驱动单元包括导轨、第一组磁铁、第二组磁铁、第三组磁铁和激光测距模 块，第一组磁铁和第二组磁铁间具有缝隙；第一组磁铁包括多个依次排列的永 磁铁，排列方向沿着导轨的延伸方向，永磁铁的N极和S极交替地朝向所述缝 隙；第二组磁铁包括多个依次排列的永磁铁，排列方向沿着导轨的延伸方向， 永磁铁的N极和S极交替地朝向所述缝隙；第一组磁铁中永磁铁和第二组磁铁 中永磁铁(隔着缝隙)相对设置，且磁极相反；第三组磁铁设置在第一组磁铁 和第二磁铁之间，采用多个电磁铁，电磁铁的磁场方向可变，垂直于导轨延伸 方向。
第一组磁铁和第二组磁铁作为一个整体，交替改变第三组磁铁中电磁铁的 磁场方向，从而推动第三组磁铁和所述整体的相对平移；本实施例中，第三组 磁铁固定在所述导轨上，所述整体可滑动地设置在导轨上，第四反射镜固定在 所述整体上，随着所述整体平移，并利用激光测距模块控制所述整体(第四反 射镜)的平移距离。

Claims (5)

1.开放式气体检测装置，所述开放式气体检测装置包括光发射单元、探测器和分析单元；其特征在于，所述开放式气体检测装置还包括：
光接收单元，所述光接收单元包括：
第一反射镜，所述第一反射镜具有凹面反射面，在所述第一反射镜的中心设置透光窗口；
第二反射镜，所述第二反射镜具有凸面反射面，并迎着所述凹面反射面；所述第二反射镜设置在所述第一反射镜内部；所述第二反射镜的背对凸面反射面的面与所述第一反射镜的迎着检测光的端面的距离
Figure FDA0002704237060000011
f1·r＝f2·R，f1为所述第一反射镜的焦距，f2为所述第二反射镜的焦距，R为所述第一反射镜的口径，r为所述第二反射镜的口径，R＞r。
2.根据权利要求1所述的开放式气体检测装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜共轴。
3.根据权利要求1所述的开放式气体检测装置，其特征在于，所述开放式气体检测装置还包括：
透反镜，所述透反镜设置在所述第一反射镜的出光方向上；
第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜设置在所述透反镜的透射光方向上，所述第四反射镜设置在所述透反镜的反射光方向上；第三反射镜和第四反射镜的反射面均迎着所述透反镜；
驱动单元，所述驱动单元用于驱动第三反射镜或第四反射镜沿着光行进方向正向和反向平移；
所述探测器设置在所述透反镜的侧部，接收所述透反镜的出射光。
4.根据权利要求1所述的开放式气体检测装置，其特征在于，所述凹面和凸面为抛物面。
5.根据权利要求4所述的开放式气体检测装置，其特征在于，所述驱动单元包括：
第一组磁铁、第二组磁铁和第三组磁铁，第一组磁铁和第二组磁铁分别包括多个永磁铁，并沿着缝隙的两侧排列；缝隙每一侧的永磁铁的N极和S极交替地朝向所述缝隙，缝隙两侧的永磁铁相对设置，且磁极相反；第三组磁铁采用电磁铁，设置在第一组磁铁和第二磁铁之间，且沿着所述缝隙延伸方向排列。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040125369A1 (en) * 2002-11-26 2004-07-01 Wang David Y. Focusing optics for small spot optical metrology
CN1729614A (zh) * 2002-09-27 2006-02-01 不列颠哥伦比亚大学 磁悬浮设备
CN101576649A (zh) * 2009-06-24 2009-11-11 黄建文 一种利用抛物面镜传送光能的装置
KR100951737B1 (ko) * 2009-06-19 2010-04-08 오세대 자연 채광 장치 및 이를 이용한 하이브리드 조명 시스템
CN101918814A (zh) * 2007-11-22 2010-12-15 Abb股份公司 Ftir光谱仪的操作方法以及ftir光谱仪
CN102307031A (zh) * 2011-09-08 2012-01-04 中南大学 一种永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台
CN106842487A (zh) * 2017-02-09 2017-06-13 魏立鼎 音圈马达、透镜驱动装置及具有摄像头的电子设备
CN107797295A (zh) * 2017-11-14 2018-03-13 海信集团有限公司 一种光源缩束系统、激光光源装置以及激光投影系统
CN107797296A (zh) * 2017-11-14 2018-03-13 海信集团有限公司 一种缩束装置、激光光源及激光投影设备
CN110112651A (zh) * 2019-05-09 2019-08-09 西华大学 一种可调节输出光束谱宽的外腔反馈光谱合束装置
CN111208083A (zh) * 2020-02-18 2020-05-29 苏州诺联芯电子科技有限公司 红外气体传感器

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1729614A (zh) * 2002-09-27 2006-02-01 不列颠哥伦比亚大学 磁悬浮设备
US20040125369A1 (en) * 2002-11-26 2004-07-01 Wang David Y. Focusing optics for small spot optical metrology
CN101918814A (zh) * 2007-11-22 2010-12-15 Abb股份公司 Ftir光谱仪的操作方法以及ftir光谱仪
KR100951737B1 (ko) * 2009-06-19 2010-04-08 오세대 자연 채광 장치 및 이를 이용한 하이브리드 조명 시스템
US20120091897A1 (en) * 2009-06-19 2012-04-19 Se Dae O Natural lighting apparatus and hybrid illumination system using same
CN101576649A (zh) * 2009-06-24 2009-11-11 黄建文 一种利用抛物面镜传送光能的装置
CN102307031A (zh) * 2011-09-08 2012-01-04 中南大学 一种永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台
CN106842487A (zh) * 2017-02-09 2017-06-13 魏立鼎 音圈马达、透镜驱动装置及具有摄像头的电子设备
CN107797295A (zh) * 2017-11-14 2018-03-13 海信集团有限公司 一种光源缩束系统、激光光源装置以及激光投影系统
CN107797296A (zh) * 2017-11-14 2018-03-13 海信集团有限公司 一种缩束装置、激光光源及激光投影设备
CN110112651A (zh) * 2019-05-09 2019-08-09 西华大学 一种可调节输出光束谱宽的外腔反馈光谱合束装置
CN111208083A (zh) * 2020-02-18 2020-05-29 苏州诺联芯电子科技有限公司 红外气体传感器

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