CN218938122U - 一种稳定的光学气体吸收池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种稳定的光学气体吸收池，所述吸收池包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体围合形成密封的气室，所述气室连通有进气口和出气口，所述下壳体采用石英玻璃材质且其上设有两相对设置的反射镜，进入所述气室的光束可在两反射镜间多次反射后从气室射出。本实用新型结构合理、测量稳定性好且可实现体积小巧，有利于推广应用。

Description

一种稳定的光学气体吸收池

技术领域

本实用新型涉及光学气体分析技术领域，具体为一种稳定的光学气体吸收池。

背景技术

近年来可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy—TDLAS)在气体检测、工业过程控制、污染源排放检测等领域快速发展，根据TDLAS技术的发展需求，光学气体吸收池发展趋势呈现了长光程、小型化、易操作、高稳定性和同时测量多种气体的趋势。

光学气体吸收池包括多种类型，如White怀特池、Herriott赫里奥特池，针对应用TDLAS的赫里奥特池来说，在狭小的气室内，光程通常10至30米长，气室内的光束在两个反射镜之间需经数十次甚至更多次反射，因而气室内对光束反射位置角度精度要求极高，当温度变化、加工应力或振动等因素导致气室发生微小形变时，都将造成两反射镜间相对位置和角度的变化，进而导致输出光束位置变化，甚至偏离探测器，从而造成探测器接收的光能量大大衰减，影响测量结果的稳定性。如对于氨气等一些特殊气体，吸收池需要在200℃以上的高温环境下工作，光学镜片和吸收池存在一定的热膨冷缩效应，会严重影响测量结果的稳定性。

实用新型内容

本实用新型公开了一种稳定地光学气体吸收池，它解决了现有技术中光学气体吸收池易受温度、加工应力或震动因素影响导致测量结果不稳定的技术问题，具有结构合理、测量稳定性好且可实现体积小巧的技术效果。所采用的技术方案如下：

一种稳定的光学气体吸收池，所述吸收池包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体围合形成密封的气室，所述气室连通有进气口和出气口，所述下壳体采用石英玻璃材质且其上设有两相对设置的反射镜，进入所述气室的光束可在两反射镜间多次反射后从气室射出。

在上述技术方案的基础之上，所述上壳体和/或下壳体相对的端面上间设有第一密封圈，所述上壳体在压紧力作用下将第一密封圈压紧在下壳体上以密封气室。

在上述技术方案的基础之上，所述上壳体和下壳体均采用石英玻璃材质。

在上述技术方案的基础之上，所述上壳体采用铝材质，且所述上壳体形成气室的部分壁面上设有惰性涂层，以避免上壳体吸附进入气室的气体。

在上述技术方案的基础之上，还包括定位座，所述定位座采用石英玻璃材质且向上连接有准直器和探测器，光束经所述准直器进入气室，从所述气室射出的光束进入探测器，且所述准直器和探测器与控制单元电性连接。

在上述技术方案的基础之上，所述定位座固设于下壳体，或所述定位座与下壳体一体成型，所述控制单元固设于吸收池外。

在上述技术方案的基础之上，所述吸收池的侧壁上设有第一通孔，所述第一通孔外端面密封连接有透光镜片，经准直器发出的光束经第一通孔进入气室，在两所述反射镜间多次反射后经第一通孔射出并进入探测器。

在上述技术方案的基础之上，还包括镜片压板和第二密封圈，所述镜片压板上开设有与第一通孔位置对应的平面镜通孔，所述第二密封圈设于第一通孔外端面与透光镜片间，所述镜片压板在压紧力作用下与透光镜片的外壁面抵接，以将第二密封圈压紧在第一通孔的外端面。

在上述技术方案的基础之上，两所述反射镜包括一靠近定位座设置的平面反射镜和一远离定位座设置的凹面反射镜，且所述平面发射镜上设有供光束穿经的平面镜通孔，经所述第一通孔和平面镜通孔射出的光束进入两反射镜之间多次反射后，由所述平面镜通孔和第一通孔射出，并在所述凹面反射镜上形成椭圆形的光斑轨迹；或两所述反射镜包括一靠近定位座设置的凹面反射镜和一远离定位座设置的平面反射镜，且所述凹面反射镜上设有供光束穿经的凹面镜通孔，经所述第一通孔和凹面镜通孔射出的光束进入两反射镜之间多次反射后，经由所述凹面镜通孔和第一通孔射出，并在所述平面反射镜上形成椭圆形的光斑轨迹。

在上述技术方案的基础之上，还包括与控制单元电性连接的加热块，所述加热块可对下壳体加热以提高气体温度。

有益效果

本实用新型结果合理，吸收池包括上壳体和下壳体，其中下壳体上固定两反射镜并采用石英玻璃材质，使具有较低的热膨胀系数，能承受冷热急变，可适用于大多数气体检测，此外相较于金属材质下壳体，残留的加工应力小，可大大减少检测过程中的形变程度，避免对两反射镜造成振动，如此可大大提高检测结果的稳定性，此外用于发射和接收管束的准直器和探测器由定位座固定，即整个管路系统的关键部位采用石英玻璃材质，进一步提高了光路的稳定性，基于下壳体较低的热膨胀系数、残留的加工应力小的性能，还可具有体积微小的优势，方便携带和储放，使用更方便。

本实用新型中上壳体和下壳体间设有密封圈，且第一通孔外端面与透光镜片间设有密封圈，如此可保证气室具有良好的密封性能，同时避免胶粘接密封导致拆卸维护不便，再者拆卸方便，方便对内部零部件进行维护；此外上壳体可采用金属材质如铝材，不仅成本低加工方便，且方便借助螺栓等连接件实现上下壳体的固定连接；本实用新型中两反射镜包括平面反射镜和凹面反射镜，其中在平面反射镜上开孔的方案，加工方便；另外相比于现有技术中两凹面反射镜的设置，本实用新型中两反射镜在设定位置调整到相对平行即可，无需共轴，调整方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本实用新型的立体结构示意图；

图2：图1中取出控制单元后局部剖面结构示意图；

图3：本实用新型的爆炸结构示意图；

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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文和简化描述，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发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

如图1～3中所示的一种稳定的光学气体吸收池，所述吸收池包括上壳体1和下壳体2，所述上壳体1和下壳体2围合形成密封的气室3，所述气室3连通有进气口31和出气口32，进气口31和出气口32设于同侧，进气口处31和出气口32处均设有接头，待检测样气经进气口31进入并充满气室3，检测完成后可从出气口32排出。

所述下壳体2采用石英玻璃材质，石英玻璃材质为现有技术，具有耐高温、良好的热稳定性，石英玻璃热膨胀系数很小，承受冷热急变的耐受温差的能力强，软化点温度约1700℃，可在1100℃下长时间使用；此外耐腐蚀，耐腐蚀度是陶瓷的约30倍，是不锈钢的约150倍，几乎不与其他酸类物质发生反应，且几乎与气体无吸附性；再者具有良好的电绝缘性能，材料本身电阻值高，即使室温下也具有良好的电阻性能。

如图2所示，下壳体2的顶面设有凹槽以形成部分气室3，在本实用新型的其他实施例中，下壳体2的顶面也可为平面，下壳体2上设有两相对设置的反射镜，进入所述气室3的光束可在两反射镜间多次反射后从气室射出，即使在高温情况下形变量也较小，有利于保证两反射镜具有良好的位置精度，有利于保证检测结果的稳定性。

本实施例中，上壳体1选用铝材质，加工方便，且所述上壳体1形成气室3的部分壁面上设有惰性涂层，如特氟龙，以避免上壳体1吸附进入气室3的气体，其中特氟龙为现有技术此处不再赘述。

如图2和3所示，所述上壳体1和下壳体2间设有第一密封圈6，第一密封圈6采用氟胶材质，为方便加工，上壳体1面向下壳体2的底端面设有第一凹槽，第一密封圈6嵌设于第一凹槽内，上壳体1的底端面还设有若干螺纹孔，下壳体2的相应位置处设有若干与螺纹孔位置对应的通孔，若干螺钉穿经通孔与螺纹孔连接，如此可使上壳体1和下壳体2密封连接，以密封气室3，此外当需要维护两反射镜时，可拆卸上下壳体进行维护，本实施例中上壳体1采用铝材质，下壳体2采用石英玻璃材质的结合，一方面方便加工和装配，另一方面有利于保证气体在吸收池内测量结果稳定性好。在本实用新型的其他实施例中，所述上壳体1和下壳体2可均采用石英玻璃材质，为加工方便可在上下壳体上加工位置对应的若干通孔，螺栓组件穿经上下壳体以密封气室3。

如图2和3所示，还包括定位座7，所述定位座7采用与下壳体2相同的石英玻璃材质，其中定位座7顶面略高于下壳体2顶面，定位座7与下壳体2分别加工，且下壳体2面向的定位座7的端面上设有容置定位座7的凹槽，方便固定定位座7，定位座7嵌设于下壳体2的凹槽内并与下壳体2粘接，在本实用新型的其他实施例中，定位座7也可与下壳体2一体成型，有利于进一步提高测量结果的稳定性。定位座7向上连接有准直器8和探测器9，其中准直器8为现有技术用于减小光束发散角使光束最大效率地进入气室3，如上海闻奕光电科技有限公司生产的COL6准直器或c-lens准直器；所述探测器9为现有技术用于接收射出的光束，即光束经所述准直器8进入气室3，从所述气室3射出的光束进入探测器9，且所述准直器8和探测器9与控制单元10电性连接，本实用新型中控制单元10包括电路板，所述电路板通过多个螺钉水平地固设在上壳体1的顶面。

本实施例中，上壳体1的侧壁上设有第一通孔33，所述第一通孔33外端面密封连接有透光镜片11，经准直器8发出的光束经第一通孔33进入气室3，在两所述反射镜间多次反射后经第一通孔射出并进入探测器。具体为，还包括镜片压板12和第二密封圈13，所述镜片压板12上开设有与第一通孔33位置对应的第三通孔，所述第二密封圈13设于第一通孔33外端面与透光镜片11间，若干螺钉穿经镜片压板12与上壳体1螺接，以使镜片压板12在压紧力作用下与透光镜片11的外壁面抵接，如此将第二密封圈13压紧在第一通孔33的外端面，当需要维护透光镜片时，可拆卸镜片压板12以去除透光镜片11。

如图2和3所示，两所述反射镜包括一靠近定位座7设置的平面反射镜4和一远离定位座7设置的凹面反射镜5，且所述平面反射镜4上设有供光束穿经的平面镜通孔41，第一通孔33和平面镜通孔41共轴线，经准直器8发出的光束，依次经透光镜11、第一通孔33和平面镜通孔41进入两反射镜之间多次反射后，并在所述凹面反射镜5上形成椭圆形的光斑轨迹，之后光束依次经平面镜通孔41、第一通孔33和透光镜片11射出并进入探测器9，探测器9接收光束能量。在本实用新型的其他实施例中，两所述反射镜可包括一靠近定位座7设置的凹面反射镜5和一远离定位座7设置的平面反射镜4，且所述凹面反射镜5上设有供光束穿经的凹面镜通孔，经所述第一通孔33和凹面镜通孔射出的光束进入两反射镜之间多次反射后，经由所述凹面镜通孔和第一通孔33射出，并在所述平面反射镜4上形成椭圆形的光斑轨迹。其中，平面反射镜4和凹面反射镜5的设置位置和角度为基于赫里奥特池技术中的现有技术，此处不再赘述。

如图1和2所示，所述下壳体2的底面还固设有与控制单元10电性连接的加热块14，加热块14可对下壳体2加热以提高气体温度，如此可用于多种类气体的测量。

上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种稳定的光学气体吸收池，其特征在于，所述吸收池包括上壳体(1)和下壳体(2)，所述上壳体(1)和下壳体(2)围合形成密封的气室(3)，所述气室(3)连通有进气口(31)和出气口(32)，所述下壳体(2)采用石英玻璃材质且其上设有两相对设置的反射镜，进入所述气室(3)的光束可在两反射镜间多次反射后从气室(3)射出。

2.根据权利要求1所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，所述上壳体(1)和/或下壳体(2)相对的端面上间设有第一密封圈(6)，所述上壳体(1)在压紧力作用下将第一密封圈(6)压紧在下壳体(2)上以密封气室。

3.根据权利要求1所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，所述上壳体(1)和下壳体(2)均采用石英玻璃材质。

4.根据权利要求1所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，所述上壳体(1)采用铝材质，且所述上壳体(1)形成气室(3)的部分壁面上设有惰性涂层，以避免上壳体(1)吸附进入气室(3)的气体。

5.根据权利要求1～4中任一所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，还包括定位座(7)，所述定位座(7)采用石英玻璃材质且向上连接有准直器(8)和探测器(9)，光束经所述准直器(8)进入气室(3)，从所述气室(3)射出的光束进入探测器(9)，且所述准直器(8)和探测器(9)分别与控制单元(10)电性连接。

6.根据权利要求5所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，所述定位座(7)固设于下壳体(2)，或所述定位座(7)与下壳体(2)一体成型，所述控制单元(10)固设于吸收池外。

7.根据权利要求5所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，所述吸收池的侧壁上设有第一通孔(33)，所述第一通孔(33)外端面密封连接有透光镜片(11)，经准直器(8)发出的光束经第一通孔(33)进入气室(3)，在两所述反射镜间多次反射后经第一通孔(33)射出并进入探测器(9)。

8.根据权利要求7所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，还包括镜片压板(12)和第二密封圈(13)，所述镜片压板(12)上开设有与第一通孔(33)位置对应的第三通孔，所述第二密封圈(13)设于第一通孔(33)外端面与透光镜片(11)间，所述镜片压板(12)在压紧力作用下与透光镜片(11)的外壁面抵接，以将第二密封圈(13)压紧在第一通孔(33)的外端面。

9.根据权利要求7或8所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，两所述反射镜包括一靠近定位座(7)设置的平面反射镜(4)和一远离定位座(7)设置的凹面反射镜(5)，且所述平面反射镜(4)上设有供光束穿经的平面镜通孔(41)，经所述第一通孔(33)和平面镜通孔(41)射出的光束进入两反射镜之间多次反射后，经由所述平面镜通孔(41)和第一通孔(33)射出，并在所述凹面反射镜(5)上形成椭圆形的光斑轨迹；或两所述反射镜包括一靠近定位座(7)设置的凹面反射镜(5)和一远离定位座(7)设置的平面反射镜(4)，且所述凹面反射镜(5)上设有供光束穿经的凹面镜通孔，经所述第一通孔(33)和凹面镜通孔射出的光束进入两反射镜之间多次反射后，经由所述凹面镜通孔和第一通孔(33)射出，并在所述平面反射镜(4)上形成椭圆形光斑轨迹。

10.根据权利要求9所述的稳定的光学气体吸收池，其特征在于，还包括与控制单元(10)电性连接的加热块(14)，所述加热块(14)可对下壳体(2)加热以提高气体温度。

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