CN206862869U - 一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，包括气室组件以及位于气室组件一侧与气室组件间隔设置的制冷基板，气室组件包括上下层叠设置的一个测量气室和多个参考气室，制冷基板上设有一激光器，测量气室与制冷基板相对的侧壁上以及每一参考气室与制冷基板相对的侧壁上均设有通光口，制冷基板与气室组件之间设有分光装置，测量气室和参考气室内均设有用于将入射到气室内的激光从通光口反射出去的反光装置，制冷基板上还设有与测量气室和各参考气室一一对应的多个光电探测器，制冷基板与气室组件之间还设有聚光装置。本实用新型可以有效消除激光器波长漂移和温度变化对测量结果造成的影响，实时保证测量结果的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学气体分析领域，尤其涉及一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构。
背景技术
近年来，各种光学气体分析技术在石油化工、环境监测、生物医学等领域得到广泛应用。光学气体分析技术基于分子光谱学，普遍需要对气体分子的吸收光谱、散射光谱或荧光光谱等光谱线型进行定量分析计算。在面对多组分气体分析时，往往多种气体的光谱信号互相重叠，需要采用化学计量学相关算法将每种气体的特征光谱信息分离开，再对各种组分含量进行定量计算。而光谱分析技术对激光器本身的性能要求较高，在使用过程中需要对激光器的电流和温度进行严格控制；此外气体本身的性质会受到温度和压力的影响，这些外界因素的变化都会改变气体的光谱曲线，从而直接影响到浓度测量结果。
目前市场上的光学气体分析仪所使用的激光器对谱线宽度和稳定性都有较高要求，这种激光器价格较为昂贵。此外，光谱分析技术普遍需要对待测气体进行恒温伴热处理，加上谱线定位和温度修正等算法减少不稳定因素的影响，但这些方法的使用会大大提高设备的成本、增加设备体积，各种修正参数的确定需要大量标定数据积累，从长期来看不能完全保证测量浓度的准确性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，旨在用于解决现有的光学气体分析仪对复杂气体背景的适应力差，激光器波长漂移或环境温度变化对气体浓度的测量产生影响的问题。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型提供一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：包括气室组件以及位于气室组件一侧与气室组件间隔设置的制冷基板，所述气室组件包括上下层叠设置的一个测量气室和多个参考气室，所述制冷基板上设有一激光器，所述测量气室与所述制冷基板相对的侧壁上以及每一所述参考气室与所述制冷基板相对的侧壁上均设有通光口，所述制冷基板与所述气室组件之间设有用于将激光器发出的激光引导至各个所述通光口的分光装置，所述测量气室和所述参考气室内均设有用于将入射到气室内的激光从所述通光口反射出去的反光装置，所述制冷基板上还设有与所述测量气室以及各所述参考气室一一对应的多个光电探测器，所述制冷基板与所述气室组件之间还设有用于将从各个所述通光口反射出来的激光汇聚到对应的所述光电探测器的聚光装置。
进一步地，所述通光口为光学窗口，所述分光装置包括沿光路依次设置的多个分光镜和一个反射镜。
进一步地，所述激光器与该光路上的第一个所述分光镜之间设有激光汇聚透镜。
进一步地，所述聚光装置为与各个所述光电探测器一一对应的多个反射光汇聚透镜。
进一步地，所述通光口包括入光孔和出光孔，所述分光装置包括分光器、连接激光器和分光器的第一光纤以及连接分光器和各个所述入光孔的第二光纤。
进一步地，所述聚光装置包括连接所述光电探测器和对应所述出光孔的第三光纤。
进一步地，所述反光装置包括设置在所述测量气室内壁以及所述参考气室内壁上的多个反射镜，每一所述反射镜与对应气室的所述通光口相对设置。
进一步地，所述测量气室和所述参考气室均独立设置且相互之间可拆卸连接。
进一步地，还包括对所述测量气室和所述参考气室进行整体控温的温控装置。
进一步地，所述测量气室和所述参考气室均设有进气口和出气口。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的这种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，由于进入到参考气室和测量气室的激光来自于同一个激光器，因此激光器的波长漂移对参考信号和分析信号的影响是同步的，又因为参考气室和测量气室处于同一个环境温度下，标气和样气形成的参考信号和分析信号的相对变化程度是一致的。因此，1、可以有效消除激光器波长漂移和温度变化对测量结果造成的影响，实时保证测量结果的准确性；2、无需温度修正实验，避免修正算法对测量结果的干扰；3、无需对气室系统进行保温，也不需要性能极度稳定的激光器，降低了购置和使用成本；4、可以在一套光学装置中测量多种组分气体的浓度。
附图说明
图1为本实用新型实施例1提供的一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构；
图2为本实用新型实施例2提供的一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构。
附图标记说明：1-制冷基板、2-激光器、3-光电探测器、4-激光汇聚透镜、 5-分光镜、6-反射镜、7-光学窗口、8-测量气室、8.1-样气进气口、8.2--样气出气口、9-参考气室、9.1-标气进气口、9.2--标气出气口、10-反光装置、11-反射光汇聚透镜、12-分光器、13-第一光纤、14-第二光纤、15-第三光纤、16-入光孔、 17-出光孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本实用新型实施例1提供一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，包括气室组件以及位于气室组件一侧与气室组件间隔设置的制冷基板 1，所述气室组件包括上下层叠设置的一个测量气室8和多个参考气室9，本实施例中所述测量气室8位于最上方，在其他实施例中各个气室设置的顺序不限于此。所述测量气室8用于供待测气体在其内部流动，所述参考气室9用于根据待测气体组成分别在每个参考气室9中封装单一组分气体，所述参考气室9 中也可以存在一定浓度对光谱信号无影响的背景气。所述制冷基板1上设有一激光器2，所述测量气室8与所述制冷基板1相对的侧壁上以及每一所述参考气室9与所述制冷基板1相对的侧壁上均设有通光口，所述制冷基板1与所述气室组件之间设有用于将激光器2发出的激光引导至各个所述通光口的分光装置，从而进入到各个参考气室9和测量气室8的激光来自于同一个激光器2。所述测量气室8和所述参考气室9内均设有用于将入射到气室内的激光从所述通光口反射出去的反光装置，所述制冷基板1上还设有与所述测量气室8以及各所述参考气室9一一对应的多个光电探测器3，所述制冷基板1与所述气室组件之间还设有用于将从各个所述通光口反射出来的激光汇聚到对应的所述光电探测器 3的聚光装置。激光与所述测量气室8和所述参考气室9内的气体作用形成的分析信号被相应的所述反光装置10反射，再经所述聚光装置汇聚后被所述光电探测器3接收，方便后续对气体光谱进行分析。
本实施例中，所述通光口为设置在所述测量气室8与所述制冷基板1相对的侧壁上以及设置在所述参考气室9与所述制冷基板1相对的侧壁上的光学窗口7，所述分光装置包括沿激光器2的出光光路依次设置的多个分光镜5和一个反射镜6，所述分光镜5的数量根据所述参考气室9的数量来定。所述激光器2 与该光路上的第一个所述分光镜5之间设有激光汇聚透镜4，激光器2发出的激光经过所述激光汇聚透镜4汇聚成平行光后被第一个分光镜5分成折射光束和反射光束，折射光束穿过所述测量气室8的光学窗口7进入所述测量气室8，反射光束入射到下一个分光镜5上，下一个分光镜5的反射光束穿过与所述测量气室8相邻的参考气室9的光学窗口7进入该参考气室9，下一个分光镜5的折射光束再进入另外一个分光镜5，以此类推，直到最后一束光被所述反射镜6全部反射进入到最下面的一个参考气室9中。所述聚光装置为与各个所述光电探测器3一一对应的多个反射光汇聚透镜11，进入到所述测量气室8中的激光与待测气体作用形成分析信号被测量气室8中的反光装置10反射后并经相应的反射光汇聚透镜11汇聚后被相应的光电探测器3接收，进入到所述参考气室9中的激光与已知浓度的标准气体作用形成参考光信号被参考气室9中的反光装置 10反射并经相应的反射光汇聚透镜11汇聚后被相应的光电探测器3接收。
本优选实施例中，所述反光装置10包括设置在所述测量气室8内壁以及所述参考气室9内壁上的多个反射镜6，每一所述反射镜6与对应气室的所述通光口相对设置。在其他实施例中，激光在所述测量气室8和所述参考气室9内的反射次数可以不同，反射镜6可以根据实际光路设计进行调整，所述参考气室9 和所述测量气室8的光程也可以不同。
作为优选地，所述测量气室8和所述参考气室9均独立设置且相互之间可拆卸连接。若待测气体组分数量变化，可以在现有基础上直接增加或减少参考气室9，适应性好。
作为优选地，该多气室结构还包括对所述测量气室8和所述参考气室9进行整体控温的温控装置，进一步减小温度漂移对测量结果的影响。
作为优选地，所述测量气室8具有样气进气口8.1和样气出气口8.2，方便待测气体在所述测量气室8内流动，所述参考气室9具有标气进气口9.1和标气出气口9.2，且所述标气进气口9.1和所述标气出气口9.2均设有阀门，方便对所述参考气室9内的气体进行更换及封装。
实施例2：
如图2所示，为本实用新型实施例2提供的一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其与本实用新型实施例1的区别在于所述通光口、所述分光装置和所述聚光装置的设置。本实施例中，所述通光口包括设置在所述测量气室8 与所述制冷基板1相对的侧壁上以及设置在所述参考气室9与所述制冷基板1 相对的侧壁上的入光孔15和出光孔16，所述分光装置包括分光器12、连接激光器2和分光器12的第一光纤13以及连接分光器12和各个所述入光孔15的第二光纤14，所述激光器2发出的激光经过所述第一光纤13进入所述分光器12，所述分光器12对激光进行分光后再经过所述第二光纤14进入到各个所述入光孔15，从而进入测量气室8和各个所述参考气室9。所述聚光装置包括连接所述光电探测器3和对应所述出光孔16的第三光纤15，所述测量气室8和所述参考气室9内的激光被反光装置10反射到所述出光孔16后经过所述第三光纤15被相应的光电探测器3接收。本实施例利用光纤传递激光，避免了光路调节的复杂设计。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：包括气室组件以及位于气室组件一侧与气室组件间隔设置的制冷基板，所述气室组件包括上下层叠设置的一个测量气室和多个参考气室，所述制冷基板上设有一激光器，所述测量气室与所述制冷基板相对的侧壁上以及每一所述参考气室与所述制冷基板相对的侧壁上均设有通光口，所述制冷基板与所述气室组件之间设有用于将激光器发出的激光引导至各个所述通光口的分光装置，所述测量气室和所述参考气室内均设有用于将入射到气室内的激光从所述通光口反射出去的反光装置，所述制冷基板上还设有与所述测量气室以及各所述参考气室一一对应的多个光电探测器，所述制冷基板与所述气室组件之间还设有用于将从各个所述通光口反射出来的激光汇聚到对应的所述光电探测器的聚光装置。
2.如权利要求1所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述通光口为光学窗口，所述分光装置包括沿光路依次设置的多个分光镜和一个反射镜。
3.如权利要求2所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述激光器与该光路上的第一个所述分光镜之间设有激光汇聚透镜。
4.如权利要求2所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述聚光装置为与各个所述光电探测器一一对应的多个反射光汇聚透镜。
5.如权利要求1所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述通光口包括入光孔和出光孔，所述分光装置包括分光器、连接激光器和分光器的第一光纤以及连接分光器和各个所述入光孔的第二光纤。
6.如权利要求5所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述聚光装置包括连接所述光电探测器和对应所述出光孔的第三光纤。
7.如权利要求1所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述反光装置包括设置在所述测量气室内壁以及所述参考气室内壁上的多个反射镜，每一所述反射镜与对应气室的所述通光口相对设置。
8.如权利要求1所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述测量气室和所述参考气室均独立设置且相互之间可拆卸连接。
9.如权利要求1所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：还包括对所述测量气室和所述参考气室进行整体控温的温控装置。
10.如权利要求1所述的针对复杂气体光谱分析的多气室结构，其特征在于：所述测量气室和所述参考气室均设有进气口和出气口。
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|---|---|---|---|---|
| CN111610189A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-09-01 | 福州大学 | 一种多组分气体浓度光学标定系统及方法 |
| CN113533207A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-22 | 吉林大学 | 一种基于tdlas技术的高准确度检测装置及修正方法 |
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| CN111610189B (zh) * | 2020-07-03 | 2021-08-31 | 福州大学 | 一种多组分气体浓度光学标定系统及方法 |
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