CN205879772U - 怀特池的调节装置 - Google Patents

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陶俊
李娜
向少卿
孙文婷
李帆
李一帆
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Abstract

本实用新型提供了一种怀特池的调节装置，调节装置包括：二维调节架；马达设置在二维调节架上，根据计算模块传送来的调整量去二维调节怀特池内与曲率半径较大的反射镜相对的二个曲率半径较小的反射镜中的至少一个；面阵探测器设置在怀特池的出射光光路上，得出出射光光斑在面阵探测器上的位置；存储器存储马达的调整量与面阵探测器上光斑移动距离之间的映射关系；计算模块根据所述位置、设定位置得出偏差，并根据所述映射关系得出与偏差对应的马达的调整量，该调整量送所述马达。本实用新型具有精度高、结构简单、低成本等优点。

Description

怀特池的调节装置
技术领域
本实用新型涉及光学器件，特别涉及怀特池的调节装置。
背景技术
光学怀特池是一种精密设计的光学结构，可以实现光线在光学池内多次折返，从而达到增加光程的目的，因为光学怀特池可以获得数倍至数十倍的光程，所以目前被广泛应用于基于光谱吸收的气体检测领域，为了获得几十倍的折返次数，要求怀特池内各镜片的角度所容许的误差极小(通常小于0.005度)，受机械结构的热胀冷缩和内部应力的作用，调节好的怀特池放置在高温或震动环境下一段时间后，镜片角度将会发生微小的偏移，导致怀特池内光路发生变化，出射光斑位置发生改变。
现有解决方式为采用热涨系数极小的殷钢材料，并使用高温退应力的工艺，消除殷钢内部应力，从而提高机械结构的稳定性。
然而上述解决方式均不能从根本上解决因机械形变带来的光路变化，如，怀特池内的反射次数要求更高时，怀特池内镜片角度变化要小于0.001度，这就需要机械结构保证极小的形变，而这往往受金属特性的限制，在较长时间和苛刻的坏境下，机械结构不能达到该形变要求。
实用新型内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种调节精度高、主动补偿怀特池的形变导致的光路偏移的怀特池的调节装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种怀特池的调节装置，所述怀特池的调节装置包括：
二维调节架；
马达，所述马达设置在所述二维调节架上，根据计算模块传送来的调整量 去二维调节所述怀特池内与曲率半径较大的反射镜相对的二个曲率半径较小的反射镜中的至少一个；
面阵探测器，所述面阵探测器设置在怀特池的出射光光路上，得出出射光光斑在所述面阵探测器上的位置，并送计算模块；
存储器，所述存储器存储所述马达的调整量与面阵探测器上光斑移动距离之间的映射关系；
计算模块，所述计算模块根据所述位置、设定位置得出偏差，并根据所述映射关系得出与所述偏差对应的马达的调整量，该调整量送所述马达。
根据上述的怀特池的调节装置，可选地，所述怀特池的调节装置进一步包括：
分束器件，所述分束器件用于将所述出射光分出检测光，所述面阵探测器设置在所述检测光光路上。
根据上述的怀特池的调节装置，可选地，所述马达包括X轴马达和Y轴马达，所述映射关系为：X轴马达的步数AX与光斑在面阵探测器X轴方向上的像素移动数BX间的对应关系BX＝KX·AX，KX为系数；Y轴马达的步数AY与光斑在面阵探测器Y轴方向上的像素移动数BY间的对应关系BY＝KY·AY，KY为系数。
根据上述的怀特池的调节装置，可选地，所述偏差包括X轴上的偏差和Y轴上的偏差，所述马达的调整量包括X轴马达的步数和Y轴马达的步数。
根据上述的怀特池的调节装置，可选地，所述步数包括正向步进和反向步进，所述偏差包括正向偏差和反向偏差。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：
利用面阵探测器获知出射光光斑在探测器上的实际位置，并根据实际位置和设定位置的偏差，再利用调节怀特池内反射镜的马达的调整量与光斑在探测器上移动量的映射关系获知马达的调节量，如方向、步数，调节精度高；在怀特池的工作过程中实时地利用出射光监控反射镜是否偏移，利用测量光获知怀特池内气体含量；
附图说明
参照附图，本实用新型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实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本实用新型实施例1的怀特池的调节装置的结构简图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本实用新型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实用新型。为了教导本实用新型技术方案，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实用新型的范围内。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实用新型的多个变型。由此，本实用新型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：
如1示意性地给出了本实用新型实施例的怀特池的调节装置的结构简图，如图1所示，所述怀特池的调节装置包括：
二维调节架21；这是光学器件调节领域的现有技术，在此不再赘述；
马达，如步进电机，所述马达设置在所述二维调节架上，根据计算模块传送来的调整量去二维调节(如X轴和Y轴方向上)所述怀特池内与曲率半径较大的反射镜11相对的二个曲率半径较小的反射镜12、13中的至少一个；
面阵探测器41，如CCD，所述面阵探测器设置在怀特池的出射光光路上，得出出射光光斑在所述面阵探测器上的位置，并送计算模块；
存储器，所述存储器存储所述马达的调整量与面阵探测器上光斑移动量之间的映射关系，如马达的步数与光斑在面阵探测器上的像素移动量之间的对应关系；
计算模块51，如电路，所述计算模块根据所述位置、设定位置得出偏差，并根据所述映射关系得出与所述偏差对应的马达的调整量，该调整量送所述马 达，从而使得在马达的调整下，怀特池的出射光光斑处于设定位置，也即怀特池内的反射镜处于设定位置。
为了做到实时地监控反射镜是否偏移，进一步地，使用分束器件31，分束器件将出射光分出检测光、测量光，面阵探测器设置在检测光光路上，用于检测怀特池内气体含量的探测器42设置在所述测量光光路上。
上述怀特池的调节装置的工作过程为：
(A0)获得马达的调整量与面阵探测器上光斑移动量之间的映射关系，具体获得方式为：
(B1)马达的调节步数为A，如包括X轴、Y轴方向上的步数；
(B2)获知由于马达的调节而导致的检测光光斑在面阵探测器上的像素移动数B；
(B3)获得马达的步数A与光斑在面阵探测器上的像素移动数B间的对应关系B＝K·A，K为系数，并存储所述对应关系；
(A1)所述怀特池的出射光在面阵探测器上形成光斑，输出检测光光斑在所述面阵探测器上的位置，并送计算模块；
怀特池内与曲率半径较大的反射镜相对的二个曲率半径较小的反射镜中的至少一个设置在马达驱动的二维调节架上；
(A2)计算模块根据所述位置、设定位置得出偏差；
(A3)根据马达的调整量与面阵探测器上光斑移动量之间的映射关系得出与所述偏差对应的马达的调整量，该调整量送所述马达，所述调整量包括X轴、Y轴方向上调整量；
(A4)马达根据计算模块传送来的调整量去二维调节所述曲率半径较小的反射镜中的至少一个；
(A5)判断反射镜调节后的出射光光斑在所述面阵探测器上是否处于设定位置：
如为是，调节结束；
如为否，转到步骤(A0)。
实施例2：
根据本实用新型实施例1的怀特池的调节装置在气体检测中的应用例。
在该应用例中，气体检测装置包括：
光源，如激光器，光源的输出波长对应于待测气体的特征谱线；光源发出的光被耦合进所述怀特池内；
怀特池，所述怀特池包括曲率半径较大的凹面反射镜以及与其相对的二个曲率半径较小的凹面反射镜；
怀特池调节装置，具体为：二维调节架用于二维调节所述曲率半径较小的凹面反射镜中的至少一个；具有X轴马达、Y轴马达，分别在X轴、Y轴调节反射镜的空间位置；相对应地，建立起X轴马达、Y轴马达的步进量(含步进数、步进方向：正向以及反向)与光斑在面阵探测器上的像素移动量(X轴、Y轴向移动距离、方向：正向以及反向)间的映射关系：X轴马达的步数AX与光斑在面阵探测器X轴方向上的像素移动数BX间的对应关系BX＝KX·AX，KX为系数；Y轴马达的步数AY与光斑在面阵探测器Y轴方向上的像素移动数BY间的对应关系BY＝KY·AY，KY为系数；因此，与偏差对应的是X轴马达、Y轴马达的步进量；面阵探测器采用CCD；分束器件采用半透半反镜，设置在怀特池的出射光光路上，将出射光分为检测光、测量光，面阵探测器设置在检测光光路上；
用于检测怀特池内气体含量的探测器设置在所述测量光光路上，输出的电信号送分析模块；
分析模块，所述分析模块利用吸收光谱技术处理所述电信号，从而获知怀特池内气体的含量。
上述怀特池的调节装置的工作过程为：
(A0)获得马达的调整量与面阵探测器上光斑移动量之间的映射关系，具体获得方式为：
(B1)马达的调节步数为A，如X轴马达的步数为AX；
(B2)获知由于马达的调节而导致的检测光光斑在面阵探测器上X轴向的像素移动数BX；
(B3)获得X轴马达的步数AX与光斑在面阵探测器上X轴向的像素移动数BX间的对应关系BX＝KX·AX，KX为系数；
同理，可获知Y轴马达的步数AY与光斑在面阵探测器Y轴方向上的像素移动数BY间的对应关系BY＝KY·AY，KY为系数；
存储上述对应关系；所述对应关系可以是所述表达式或仅为系数KX、KY；
(A1)光源发出的光被耦合进所述怀特池，出射光被分为检测光、测量光；
所述检测光在面阵探测器上形成光斑，输出检测光光斑在所述面阵探测器上的位置，并送计算模块；
测量光被探测器接收，并送分析模块；
怀特池内与曲率半径较大的反射镜相对的二个曲率半径较小的反射镜中的至少一个设置在马达驱动的二维调节架上；
(A2)计算模块根据所述位置、设定位置得出偏差；
分析模块利用吸收光谱技术处理所述电信号，从而获知怀特池内气体的含量；
(A3)根据所述映射关系得出与所述偏差对应的马达的调整量，该调整量送所述马达，所述调整量包括X轴、Y轴上马达的步进量；
(A4)马达根据计算模块传送来的调整量去二维调节所述曲率半径较小的反射镜中的至少一个；
(A5)判断反射镜调节后的出射光光斑在所述面阵探测器上是否处于设定位置：
如为是，调节结束；
如为否，转到步骤(A0)。

Claims (5)

1.一种怀特池的调节装置，其特征在于：所述怀特池的调节装置包括：
二维调节架；
马达，所述马达设置在所述二维调节架上，根据计算模块传送来的调整量去二维调节所述怀特池内与曲率半径较大的反射镜相对的二个曲率半径较小的反射镜中的至少一个；
面阵探测器，所述面阵探测器设置在怀特池的出射光光路上，得出出射光光斑在所述面阵探测器上的位置，并送计算模块；
存储器，所述存储器存储所述马达的调整量与面阵探测器上光斑移动量之间的映射关系；
计算模块，所述计算模块根据所述位置、设定位置得出偏差，并根据所述映射关系得出与所述偏差对应的马达的调整量，该调整量送所述马达。
2.根据权利要求1所述的怀特池的调节装置，其特征在于：所述怀特池的调节装置进一步包括：
分束器件，所述分束器件用于将所述出射光分出检测光，所述面阵探测器设置在所述检测光光路上。
3.根据权利要求1所述的怀特池的调节装置，其特征在于：所述马达包括X轴马达和Y轴马达，所述映射关系为：X轴马达的步数AX与光斑在面阵探测器X轴方向上的像素移动数BX间的对应关系BX＝KX·AX，KX为系数；Y轴马达的步数AY与光斑在面阵探测器Y轴方向上的像素移动数BY间的对应关系BY＝KY·AY，KY为系数。
4.根据权利要求3所述的怀特池的调节装置，其特征在于：所述偏差包括X轴上的偏差和Y轴上的偏差，所述马达的调整量包括X轴马达的步数和Y轴马达的步数。
5.根据权利要求4所述的怀特池的调节装置，其特征在于：所述步数包括正向步进和反向步进，所述偏差包括正向偏差和反向偏差。
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