CN115436291A - 一种光程调制吸收池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光程调制吸收池，包括：光源、腔室、反射镜、传感器；所述腔室上设置有若干窗口，所述腔室内设置有反射镜；所述窗口包括：第一窗口、第二窗口；所述光源发出的光从第一窗口进入腔室，经过反射镜反射后，从第二窗口射出到传感器；所述光源用于旋转或者摆动以改变光程，所谓的光程调制，是通过光源摆动或者反射棱镜的旋转或摆动实现光束在腔室内的两个反射镜反射次数不同实现；通过这种摆动或旋转，改变反射次数，改变光程。本发明在吸收池上通过周期性的光程的改变，实现光程调制，改变反射镜或者光源等位置、数量，通过光束的旋转或者摆动，实现光束不同次地反射实现对吸收光程的改变。

Description

一种光程调制吸收池
技术领域
本发明涉及光程调制设备技术领域，具体涉及一种光程调制吸收池。
背景技术
在工业或社会生活各个方面，经常需要测量气体或液体介质中一种或多种成分的含量或浓度，而有些则是由一相弥散于另一相的两相流的检测，在这些检测中对于吸收性的测量项一大类的方法是通过特定谱段的电磁波或光通过时的吸收或衰减实现对成分的检测；
从原理上，电磁波(光波)通过吸收介质时的衰减满足朗伯比尔定律：
I/I0＝EXP(-KCL)
式中I0为入射光的强度，I为经过吸收介质浓度为C的一段L的光程衰减后的光强，其中K为衰减系数，是和吸收介质的吸收截面和散射截面相关的常数。利用该原理，当光程已知、消光系数可以通过测量已知浓度的介质得到，那么通过测量入射光的强度和被吸收衰减后的光强，得到吸收介质的浓度；
由此原理研制了各种类型的吸收池结构用以对进入吸收池的介质浓度进行测量；
以红外气体分析仪和紫外气体分析仪为例，都是通过将待测气体通入吸收池，用特定波长或谱段的光穿过待测气体，根据特定波长或波段的吸收量，反演或计算待测气体的浓度。在各种应用场合，要求非常高的测量分辨力和灵敏度，吸收池又不能做的太长，所以采用一个多次反射的光路结构增加光束穿越待测气体的光程，借以达到提高信噪比或提高整体分辨力的目的，随着激光作为光源，由于其准直性能好，光束在吸收池中甚至多次反射达到几十次到数百次，White怀特池、Herriott赫里奥特池等就是为多次反射增加光程而设计的光路系统；
在目前所有的这些吸收池中，光束经过一次或多次反射通过吸收池的光程是固定不变的；
在利用这些类型的吸收池的检测仪器中，对零点的校准测量一般将吸收池中通入所检测光谱区段不吸收的气体，如空气、N2气体等，对于满点和跨度点的校准则通入已知浓度的测量气体；
如果在吸收池中的光程是按照一种已知的规律高速变化，相当于对光程进行了调制，对信号的处理仅仅考虑光程变化的部分，仪器的无论从零点还是从稳定性上会大大提高，而对于吸收池的光程调制的方法及概念，尚无任何报道及实现；
因此，需要提供一种新的设备，解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供光程调制吸收池。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
本发明提供一种光程调制吸收池，包括：光源、腔室、反射镜、传感器；
所述腔室上设置有若干窗口，所述腔室内设置有反射镜；
所述窗口包括：第一窗口、第二窗口；所述光源发出的光从第一窗口进入腔室，经过反射镜反射后，从第二窗口射出到传感器；
所述光源用于旋转或者摆动以改变光程，所谓的光程调制，是通过光源摆动或者反射棱镜(平面镜或非平面镜)的旋转或摆动实现光束在腔室内的两个反射镜反射次数不同实现；通过这种摆动或旋转，改变反射次数，改变光程。
进一步的，所述第二窗口和传感器之间还设置有一滤光片。
进一步的，所述第二窗口和传感器之间还设置有一滤光轮，所述滤光轮上设置有若干滤光片。
进一步的，所述光源和第一窗口之间还设置有一第二镜片，光源发出的光经过第二镜片后进入第一窗口；
所述第二镜片进或者所述光源进行旋转或摆动，调整光线角度；
所述第二镜片为：反射镜、反射棱镜、旋转反射镜、平面镜或者柱面非平面反射镜。
进一步的，所述反射镜包括：第一反射镜、第二反射镜，分别位于腔室的左侧和右侧。
进一步的，所述反射镜为平面镜反射镜或非平面反射镜。
进一步的，所述第一窗口为平面窗口，或者在第一窗口中安装有柱面透镜或球面汇聚透镜；
进一步的，所述的腔室内的两个反射镜之间平行放置或不平行放置。
进一步的，所述腔室上设置有气体入口和气体出口。
进一步的，所述腔室上还设置有一第三窗口，光源发出的光经过第一窗口进入腔室后经过第三窗口到达第二镜片后再次回到腔室。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
1.在吸收池上通过周期性的光程的改变，实现光程调制，改变反射镜或者光源等位置、数量，通过光束的旋转或者摆动，实现光束不同次地反射实现对吸收光程的改变；
2.在一个周期的序列中包含着不同光程介质吸收信息；通过光程的周期变化进行信号调制，通过解调制的方法得到吸收介质的浓度；
3.通过引入光程调制过程提高测量的稳定性、信噪比、抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为另一种实施例示意图；
图3为又一种实施例示意图。
图中：1、光源；2、传感器；3、滤光片；4、第一窗口；5、第一反射镜；6、腔室；7、第二反射镜；8、第二窗口；9、第三窗口；10、旋转反射镜；11、气体入口；12、气体出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本发明提供光程调制吸收池，包括：光源1、传感器2、腔室6；所述腔室内充满待检测气体，所述腔6的左侧设置有第一窗口4和第二窗口8，所述腔室6内部的左侧和右侧分别设置有第一反射镜5和第二反射镜7，所述腔室的左上角和右下角分别设置有气体出口11和气体入口12；
所述第一反射镜5和第二反射镜7为非平面镜或者非平面反射镜，两个反射镜之间可平行放置也可以不平行放置。
所述第一窗口4为平面窗口或者在第一窗口4中安装有柱面透镜或球面汇聚透镜；所述光源1发出的光从第一窗口4进入腔室6，经过反射镜反射后，从第二窗口8射出到传感器2；所述光源1用于旋转或者摆动以改变光程；
所述第二窗口8和传感器2之间还设置有一滤光片3或滤光轮，所述滤光轮上设置有若干滤光片3；
所谓的光程调制，是通过光源摆动或者反射棱镜(平面镜或非平面镜)的旋转或摆动实现光束在腔室内的两个反射镜反射次数不同实现；通过这种摆动或旋转，改变反射次数，改变光程。
如图2所示，在图1的基础上，所述光源1与第一窗口4之间，还设置有一反射装置，所述反射装置为：旋转反射镜10、平面镜或柱面透镜，光源1发出的光经过反射装置反射后通过第一窗口4进入腔室6中，
如图3所示，在图2的基础上，所述腔室上还设置有一第三窗口9，光源1发出的光经过第一窗口4进入腔室6后经过第三窗口9到达反射装置后再次回到腔室6。
本发明原理如下：
当光源1旋转或者摆动时，光源1所发出的光束通过第一窗口4进入腔室6，在腔室6中经过在第一反射镜5和第二反射镜7反射，在每次反射之间经过腔室6中气体的吸收，最后通过第二窗口8，通过滤光片3进入传感器2，当光源1旋转时，传感器2接收的信号是间断的，信号呈现的是光束经过一次反射、二次反射、到N次反射的间断光信号，或者当反转时，是光经过N次反射到1次反射的信号序列，每当光源1宣传一个周期，这些光信号呈现出一个脉冲信号串，这些信号包含了不同光程的气体分析信息，通过控制信号同步可以得到确定的不同的光程的吸收信息；
通过光源摆动或者反射棱镜(平面镜或非平面镜)的旋转或摆动实现光束在腔室内的两个反射镜反射次数不同实现；通过这种摆动或旋转，改变反射次数，改变光程。
通过这些信号可以得到短光程和长光程的吸收信号，结构中的滤光片3可以取消也可以采用滤光轮安装不同波长的滤光片3，这样的吸收池结构可以在同一个吸收池中分析各种不同的吸收气体以及达到很大的动态范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光程调制吸收池，其特征在于，包括：光源(1)、腔室(6)、反射镜、传感器(2)；
所述腔室(6)上设置有若干窗口，所述腔室(6)内设置有反射镜；
所述窗口包括：第一窗口(4)、第二窗口(8)；所述光源(1)发出的光从第一窗口(4)进入腔室(6)，经过反射镜反射后，从第二窗口(8)射出到传感器(2)；
所述光源(1)用于旋转或者摆动以改变光程；
所谓的光程调制，是通过光源摆动或者反射棱镜(平面镜或非平面镜)的旋转或摆动实现光束在腔室内的两个反射镜反射次数不同实现；通过这种摆动或旋转，改变反射次数，改变光程。
2.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述第二窗口(8)和传感器(2)之间设置一滤光片(3)。
3.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述第二窗口(8)和传感器(2)之间还设置有一滤光轮，所述滤光轮上设置有若干滤光片(3)。
4.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述光源(1)和第一窗口(4)之间还设置有一第二镜片，光源(1)发出的光经过第二镜片后进入第一窗口(4)；
所述第二镜片或者所述光源(1)进行旋转或摆动，调整光线角度；
所述第二镜片为：反射镜、反射棱镜、旋转反射镜(10)、平面镜或者柱面非平面反射镜。
5.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述反射镜包括：第一反射镜(5)、第二反射镜(7)，分别位于腔室(6)的左侧和右侧。
6.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述反射镜为平面镜反射镜或者非平面反射镜。
7.根据权利要求5所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述的腔室内的两个反射镜之间平行放置或不平行放置。
8.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述第一窗口(4)为平面窗口，或者在第一窗口(4)中安装有柱面透镜或球面汇聚透镜。
9.根据权利要求1所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述腔室(6)上还设置有气体入口(11)和气体出口(12)。
10.根据权利要求4所述的光程调制吸收池，其特征在于，所述腔室(6)上还设置有一第三窗口(9)，光源(1)发出的光经过第一窗口(4)进入腔室(6)后经过第三窗口(9)到达第二镜片后再次回到腔室(6)。
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