CN207650099U - 光学谐振腔和气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了光学谐振腔和气体检测系统，具有光学谐振腔的气体检测装置，涉及爆炸物检测技术领域。其中，光学谐振腔，包括腔体，腔体具有第一端和第二端，腔体的第一端和第二端安装有腔镜，腔镜安装在安装片上，安装片插入到安装槽中，在第一端和第二端分别设置一对安装槽，在同一端的一对安装槽开口相对，在安装槽中，设置有压缩性弹性元件，压缩性弹性元件的形变方向为安装槽的深度方向。该实用新型能够解决现有技术中存在的光学谐振腔的腔镜不稳定的技术问题。

Description

光学谐振腔和气体检测系统

技术领域

本实用新型涉及爆炸物检测技术领域，尤其涉及光学谐振腔和设有该光学谐振腔的气体检测系统。

背景技术

爆炸物的探测技术大体上可以分为体探测技术和痕量探测技术。

体探测技术包括金属探测法、X射线成像透视等技术，利用射线穿过物体时的衰减规律，得到被探测物体的形态和密度信息。但是由于受到原理和设备的制约，这种技术只能大概的探测到物体的物理缺陷和密度一些信息，无法判断物质的化学成分。

痕量探测技术其原理是：在爆炸物周围会存在着微量的爆炸物微粒或爆炸物分子，通过一定的技术能探测出爆炸物微粒或爆炸物分子，将会较快发现附近的爆炸物。目前检测含过氧化物炸药的痕量技术包括高效液相色谱荧光技术和质谱检测技术。色谱法是指用化学的方法把混合物通过吸附剂或者荧光技术，使混合物中各组分分离的方法。由于色谱技术取样、处理和分离比较繁琐，难以实现对含过氧化物炸药的快速检测。质谱检测技术具有不同的荷质比的离子在磁场中所受的作用力不同，因而运动方向也不同，导致彼此分离。经过分别捕获收集，可以确定离子的种类和相对含量，最后求得样品的定性和定量分析结果，但是此系统过程繁琐，并且需要一个气体真空泵，样品分析时间相对较长。

采用腔衰荡吸收光谱技术进行气体测量，腔镜是整个系统的重要器件，其稳定度直接影响检测精度和仪器的使用效益与寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供光学谐振腔，以解决现有技术中存在的光学谐振腔的腔镜不稳定的技术问题。

光学谐振腔，包括腔体，腔体具有第一端和第二端，腔体的第一端和第二端安装有腔镜，腔镜安装在安装片上，安装片插入到安装槽中，在第一端和第二端分别设置一对安装槽，在同一端的一对安装槽开口相对，在安装槽中，设置有压缩性弹性元件，压缩性弹性元件的形变方向为安装槽的深度方向。

本实用新型光学谐振腔的有益效果为：

该光学谐振腔，通过将腔镜安装在安装片上，利用安装片插装在安装槽内，并且利用压缩性弹性元件抵住安装片，可以用以向安装片施加使其固定的作用力，避免安装片在安装槽中的晃动，从而保证腔镜的稳定。

优选的技术方案，其附加特征在于：每个安装槽的槽内的两侧面设有夹持垫，夹持垫夹持安装片。

通过设置夹持垫，可以使得安装片能够可靠的插入到安装槽内，避免安装片在安装时安装片的形变过大，安装后安装片的形变逐渐释放而导致的腔镜位置改变的问题。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：安装槽由安装槽夹板形成，安装槽夹板的朝向位于腔体同一端的另一安装槽的端面上设置有第一距离传感器，第一距离传感器朝向安装片，第一距离传感器用于测定第一距离传感器与其所朝向的安装片之间的距离。

设置安装槽夹板和第一距离传感器，可以利用第一传感器监控安装片是否发生振动或晃动，当出现晃动或形变时，可以向控制装置及时发出信号，避免测量出错误的结果。

优选的技术方案，其附加特征在于：在腔体的第一端和第二端的内侧，也分别设置有第二距离传感器，第二距离传感器朝向腔镜，第二距离传感器用于测定第二距离传感器与其所朝向的腔镜之间的距离。

通过设置第二距离传感器，能够及时监测监控腔镜的位置，当腔镜位置出现变化时，能够及时向控制装置及时发出信号，避免测量出错误的结果。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：腔体还设有氮气入口、氮气出口、待测气体入口和待测气体出口，待测气体出口、待测气体入口设在腔体的底部，氮气出口和氮气入口设在腔体的顶部。

采用氮气和待测气体分别进出的方式，有利于实现对待测气体的单独收集，而氮气作为无污染的气体，可以直接排放。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：氮气出口设有流量计，流量计用于测定腔体中排出的氮气流速。

通过测定氮气的流速，可以利用积分的方式获得氮气的实际排出量，从而在排出量达到预设值时，关闭氮气的排放，以节约氮气资源。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：待测气体出口上以可拆卸的方式设置有气体收集袋。

通过设置气体收集袋，将待测气体出口排出的待测气体进行收集，可以避免爆炸性物质排放到空气中，造成潜在的安全隐患。

优选的技术方案，其附加特征在于：腔体外壁的底部安装有减震缓冲块。

通过设置减震缓冲块，可以避免外界振动对光学谐振腔的影响，可以保证光学谐振腔的稳定，使得测量在尽可能稳定的环境下进行，从而提高测量的精度。

本实用新型的另一个目的在于提供一种气体检测系统，设置有上述任一的光学谐振腔。

该气体检测系统，具有上述光学谐振腔的所有技术效果。

优选的技术方案，其附加特征在于：还包括激光器、入射光调节抛物面镜、全反镜、透镜、出射光调节抛面镜、探测器，激光器、入射光调节抛物面镜、全反镜、透镜依次设置在光学谐振腔的入射光路上，入射光调节抛物面镜用于将激光器发射的激光反射到全反镜上，全反镜用于将激光反射到透镜上，透镜用于将光线折射到光学谐振腔的入口，出射光调节抛面镜、探测器依次设置在光学谐振腔的出射光路上，出射光调节抛面镜用于将探测器反射到探测器上。

系统中采用的激光器是量子级联激光器，具有单色性好、量子效率高、温度稳定性好、波长设计灵活、固有响应速度快等优点能快速、灵敏对气体进行检测，基于量子级联激光器的系统可以在近室温工作，易于小型化。为得到气体的吸收光谱，光在谐振腔里能多次通过待测气体，增加了光与气体的有效作用距离，探测灵敏度极大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一的光学谐振腔的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型实施例2的气体检测装置的主视图；

图4是实施例2的使用状态图；

各个实施例中所用的附图标记表示的含义如下：

1-量子级联激光器；2-入射光调节抛物镜；3-全反镜；4-透镜；500-光学谐振腔；501-腔体；502-第一距离传感器；503- 第二距离传感器；504-安装槽；505-安装片；506-腔镜；507- 夹持垫；508-螺旋压缩弹簧；509-安装槽夹板；510-缓冲块；511- 待测气体入口；512-待测气体出口；513-氮气入口；514-氮气出口；515-流量计；516-气体收集袋；6-出射光调节抛物面镜；7- 计算机；8-红外探测器；9-放大器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1和图2所示，光学谐振腔，包括腔体501，腔体501具有第一端和第二端，腔体501的第一端和第二端安装有腔镜506，腔镜 506安装在安装片505上，具体地，腔镜506可以采用嵌入到安装片 505上的方法与安装片505连接。安装片505插入到安装槽504中，在第一端和第二端分别设置一对安装槽504，在同一端的一对安装槽504开口相对，在安装槽504中，设置有压缩性弹性元件，压缩性弹性元件的形变方向为安装槽504的深度方向。其中，在本实施例中，压缩性弹性元件可以为螺旋压缩弹簧508。

该光学谐振腔，通过将腔镜506安装在安装片505上，利用安装片505插装在安装槽504内，并且利用压缩性弹性元件抵住安装片 505，可以用以向安装片505施加使其固定的作用力，避免安装片505 在安装槽504中的晃动，从而保证腔镜506的稳定。其中，对于每一端的一对安装槽504而言，可以只在一个安装槽504中设置压缩性弹性部件，诸如，只在上部的安装槽504中设置压缩性弹性部件。只在一个安装槽504中设置压缩性弹性部件的好处在于，可以利用下部的安装槽504的槽底作为一个可靠的定位基准，以将安装片505准确的进行安装。否则，上下均处于浮动状态，反而不利于安装片505和腔镜506的稳定。

具体说来，每个安装槽504的槽内的两侧面设有夹持垫507，夹持垫507夹持安装片505。通过设置具有一定弹性的夹持垫507，可以使得安装片505能够可靠的插入到安装槽504内，通过挤压夹持垫 507就可以使得安装片505的形变与夹持垫507的形变之间形成一个平衡。以避免安装片505在安装时安装片505的形变过大，安装在刚性的安装槽504中，安装片505的形变逐渐释放而导致的腔镜506 位置改变的问题。

进一步具体说来，安装槽504由安装槽夹板509形成，安装槽夹板509的朝向位于腔体501同一端的另一安装槽504的端面上设置有第一距离传感器502，第一距离传感器502朝向安装片505，第一距离传感器502用于测定第一距离传感器502与其所朝向的安装片505之间的距离。

设置安装槽夹板509和第一距离传感器502，可以利用第一传感器监控安装片505是否发生振动或晃动，当出现晃动或形变时，可以向控制装置及时发出信号，避免测量出错误的结果。

具体说来，在腔体501的第一端和第二端的内侧，也分别设置有第二距离传感器503，第二距离传感器503朝向腔镜506，第二距离传感器503用于测定第二距离传感器503与其所朝向的腔镜506之间的距离。通过设置第二距离传感器503，能够及时监测监控腔镜506的位置，当腔镜506位置出现变化时，能够及时向控制装置及时发出信号，避免测量出错误的结果。

进一步具体说来，腔体501还设有氮气入口513、氮气出口514、待测气体入口511和待测气体出口512，待测气体出口512、待测气体入口511设在腔体501的底部，氮气出口514和氮气入口513设在腔体501的顶部。采用氮气和待测气体分别进出的方式，有利于实现对待测气体的单独收集，而氮气作为无污染的气体，可以直接排放。

进一步具体说来，氮气出口514设有流量计515，流量计515用于测定腔体501中排出的氮气流速。通过测定氮气的流速，可以利用积分的方式获得氮气的实际排出量，从而在氮气排出量达到预设值时，及时关闭氮气的排放，以节约氮气资源。

进一步具体说来，待测气体出口512上以可拆卸的方式设置有气体收集袋516。通过设置气体收集袋516，将待测气体出口512排出的待测气体进行收集，收集后，单独处理待测气体。这样可以避免爆炸性物质排放到空气中，造成潜在的安全隐患。

具体说来，腔体501外壁的底部安装有减震缓冲块510。通过设置减震缓冲块510，可以避免外界振动对光学谐振腔的影响，可以保证光学谐振腔的稳定，使得测量在尽可能稳定的环境下进行，从而提高测量的精度。

本实施例的动作原理如下：

在安装腔镜506时，可以将安装片505先向图示中的上方运动，使其上方插入到第一端和第二端的上方的安装槽504内，压缩螺旋压缩弹簧508。然后将安装片505的下端正对位于第一端和第二端下方的安装槽504，螺旋压缩弹簧508逐渐释放，将安装片505的下端送入到位于第一端和第二端下方的安装槽504内。同时，螺旋压缩弹簧 508继续释放，直至安装片505的下端抵住位于第一端和第二端下方的安装槽504的槽底，从而实现安装片505的稳定安装。

实施例二

如图3和图4所示，本实施例提供本实用新型的另一个目的在于提供一种本实用新型的另一个目的在于提供一种气体检测系统，设置有上述任一的光学谐振腔500。

该气体检测系统，具有上述光学谐振腔500的所有技术效果。

具体说来，还包括激光器、入射光调节抛面镜、全反镜3、透镜 4、出射光调节抛面镜、探测器，激光器、入射光调节抛面镜、全反镜3、透镜4依次设置在光学谐振腔500的入射光路上，入射光调节抛面镜用于将激光器发射的激光反射到全反镜3上，全反镜用于将激光反射到透镜4上，透镜4用于将光线折射到光学谐振腔500的入口，出射光调节抛面镜、探测器依次设置在光学谐振腔500的出射光路上，出射光调节抛面镜用于将探测器反射到探测器上。

系统中采用的激光器是量子级联激光器1，具有单色性好、量子效率高、温度稳定性好、波长设计灵活、固有响应速度快等优点能快速、灵敏对气体进行检测，基于量子级联激光器1的系统可以在近室温工作，易于小型化。为得到气体的吸收光谱，光在谐振腔里能多次通过待测气体，增加了光与气体的有效作用距离，探测灵敏度极大提高。

本实施例的动作原理为：

量子级联激光器1发出的激光从用于调节入射光的抛物面镜2 的焦点发出，然后再通过一个全反镜33和一个透镜44后进入光学谐振腔500。在待测气体入口511打开之前先打开氮气入口513，通入 N₂清洗光学谐振腔500，至于氮气出口514的打开时间，可以在清洗过程中，依情况而定，例如从清洗过程的开始时刻就打开，或自清洗过程的20％时段进行之后打开，或者是自清洗过程的50％时段进行过之后再打开，这些均是本领域技术人员能够通过已有知识来判断的。通过当清洗过程完成后，关闭氮气入口513和氮气出口514。然后打开待测气体入口511，待测气体可以通入到谐振腔中。

由于待测样品的挥发性其周围的空气中将会有几毫克的气态的含过氧化物炸药，从待测气体入口511进入腔内，在光学谐振腔500 内的光在待测气体中进行多次反射后，通过测量光透过腔体501后的光信号的强度，可以得到腔内介质的吸收信息，腔体501出射光经过用于出射光调节抛物面镜613反射后进入快速红外探测器88从而获得红外光信号，再经放大器99放大后送入计算机710进行处理。

当测试完成之后，需要将待测气体从光学谐振腔500中清除。具体的，打开待测气体出口512，使得待测气体可以流入到气体收集袋 516中，此时，将会有部分的待测气体流入到气体收集袋516中。当氮气源的压力大于谐振腔内的压力时，打开氮气入口513，氮气从腔体501顶部送入到光学谐振腔500中。由于待测的爆炸性气体主要为过氧化物的气体，其密度大于氮气密度或空气密度，所以其在流入的氮气气流的作用下，会逐渐沉积到光学谐振腔500的底部，乃至于最终流入到气体收集袋516中。图4中展示的就是此时的状态，虽然图中用虚线分割了腔体501中的上半部和下半部，但是气体的流动并不像刚体的运动那样界限分明，所以该虚线仅仅是示意性的表示一下，并非绝对的分界线。为了确保安全，则还需要一部分氮气也随待测气体一起收集到气体收集袋516中，以免待测气体残留于光学谐振腔 500中。

当不放样品时，再测一组经过谐振腔后的光信号，通过比较含过氧化物炸药的特征吸收信号与背景信号的不同以及含过氧化物炸药分子在波数为1244.95cm^-1和1245.17cm^-1的特征吸收谱从而检测含过氧化物炸药是否存在。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，例如，将实施例1中的螺旋压缩弹簧替换为具有弹性的主体，也可以起到压缩性弹性部件的作用。

而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.光学谐振腔，其特征在于，包括腔体，所述腔体具有第一端和第二端，所述腔体的所述第一端和所述第二端安装有腔镜，所述腔镜安装在安装片上，所述安装片插入到安装槽中，在所述第一端和所述第二端分别设置一对所述安装槽，在同一端的一对安装槽开口相对，在所述安装槽中，设置有压缩性弹性元件，所述压缩性弹性元件的形变方向为所述安装槽的深度方向。

2.根据权利要求1所述的光学谐振腔，其特征在于，每个所述安装槽的槽内的两侧面设有夹持垫，所述夹持垫夹持所述安装片。

3.根据权利要求2所述的光学谐振腔，其特征在于，所述安装槽由安装槽夹板形成，所述安装槽夹板的朝向位于所述腔体同一端的另一安装槽的端面上设置有第一距离传感器，所述第一距离传感器朝向所述安装片，所述第一距离传感器用于测定所述第一距离传感器与其所朝向的所述安装片之间的距离。

4.根据权利要求1或2或3所述的光学谐振腔，其特征在于，在所述腔体的第一端和第二端的内侧，也分别设置有第二距离传感器，所述第二距离传感器朝向所述腔镜，所述第二距离传感器用于测定所述第二距离传感器与其所朝向的所述腔镜之间的距离。

5.根据权利要求1或2或3所述的光学谐振腔，其特征在于，所述腔体还设有氮气入口、氮气出口、待测气体入口和待测气体出口，所述氮气出口、所述氮气入口设在所述腔体的底部，所述待测气体入口和所述待测气体出口设在所述腔体的顶部。

6.根据权利要求5所述的光学谐振腔，其特征在于，所述氮气出口设有流量计，所述流量计用于测定所述腔体中排出的氮气流速。

7.根据权利要求5所述的光学谐振腔，其特征在于，所述待测气体出口上以可拆卸的方式设置有气体收集袋。

8.根据权利要求1或2或3或6或7所述的光学谐振腔，其特征在于，所述腔体外壁的底部安装有减震缓冲块。

9.气体检测系统，其特征在于，设置有权利要求1-8中任一项所述的光学谐振腔。

10.根据权利要求9所述的气体检测系统，其特征在于，还包括激光器、入射光调节抛物面镜、全反镜、透镜、出射光调节抛面镜、探测器，所述激光器、所述入射光调节抛物面镜、所述全反镜、透镜依次设置在所述光学谐振腔的入射光路上，所述入射光调节抛物面镜用于将所述激光器发射的激光反射到所述全反镜上，所述全反镜用于将激光反射到透镜上，所述透镜用于将光线折射到所述光学谐振腔的入口，所述出射光调节抛面镜、所述探测器依次设置在所述光学谐振腔的出射光路上，所述出射光调节抛面镜用于将所述探测器反射到所述探测器上。