CN219455938U - 一种多次反射吸收池及二氧化碳浓度检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多次反射吸收池及二氧化碳检测系统，包括：壳体，具有中空的内腔；第一反射镜，设于所述内腔的一侧；第二反射镜，设于所述内腔的另一侧；所述第二反射镜的反射面与所述第一反射镜的反射面平行，且所述第二反射镜、第一反射镜的反射面相对；入射孔，位于所述壳体上，激光束通过所述入射孔向所述第一反射镜射出；出射孔，位于所述壳体上，所述激光束在所述第一反射镜与第二反射镜之间反射，最终通过所述出射孔射出。本实用新型为基于两面定制平面反射镜达到多次反射的多光程气体吸收池，实现二氧化碳气体浓度测量，与传统White吸收池相比，其可以大幅度降低成本，光路更容易调节，并且可以根据需求，来调节光程大小。

Description

一种多次反射吸收池及二氧化碳浓度检测系统

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳浓度检测技术领域，具体涉及一种多次反射吸收池及二氧化碳浓度检测系统。

背景技术

环境及污染源排放二氧化碳的直接测量是核算和评估等工作的基础和数据支撑。二氧化碳浓度测量的方法有气相色谱法、电化学法、化学法、容量滴定法等，但这些方法都存在费用高、准确性差以及不适用于在线大批量测量等缺陷，因此不适用于二氧化碳浓度的测量。与上述方法相比，光谱法更为合适，因为用光谱法测量二氧化碳浓度具有成本低、操作简单、检测速度快、分析结果准确且可靠等优点，是未来气体浓度测量领域发展的重点。

光谱法测量二氧化碳浓度是基于红外吸收光谱技术，传统的红外吸收光谱技术只是单程光的直接吸收，而通常会受到仪器空间尺寸的限制，导致光和样品的作用距离较短，使得检测结果灵敏度很低。因此，需要增加光程来提高光谱法测量二氧化碳浓度的灵敏度。另外，随着气体检测技术的持续发展，对检测仪器要求越来越高，小型、便捷成为了当面的发展趋势。通过光在有限体积内实现多次反射可以实现检测仪器的小型化以及便携式发展。常见的多次反射达到长光程的吸收池有White、Herriott型、Chernin和离散透镜长光程池，其中，White吸收池作为气体吸收池由于体积小、光程长受到广泛应用。

常见的White池核心部分是三个曲率半径相同的球形凹面镜，光在三个凹面镜中来回反射实现光程的增加。这种设计的气体吸收池，具有如下不足：

1）三个球面镜必须通过特殊工艺加工以获得相同的焦距，制造难度大；

2）调节难度大，光路不易调节；

3）实用成本高，不适合普遍应用。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，设计一种基于两面定制平面反射镜达到多次反射的多光程气体吸收池，实现二氧化碳气体浓度测量，与传统White吸收池相比，其可以大幅度降低成本，光路更容易调节，并且可以根据需求，来调节光程大小。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多次反射吸收池，包括：

壳体，具有中空的内腔；

第一反射镜，设于所述内腔的一侧；

第二反射镜，设于所述内腔的另一侧；所述第二反射镜的反射面与所述第一反射镜的反射面平行，且所述第二反射镜、第一反射镜的反射面相对；

入射孔，位于所述壳体上，激光束通过所述入射孔向所述第一反射镜射出；

出射孔，位于所述壳体上，所述激光束在所述第一反射镜与第二反射镜之间反射，最终通过所述出射孔射出。

作为本实用新型的一种优选方式，所述入射孔、出射孔位于所述第二反射镜的两侧。

作为本实用新型的一种优选方式，沿所述入射孔、出射孔的连接线的延伸方向，所述第一反射镜的长度大于所述第二反射镜的长度。

作为本实用新型的一种优选方式，沿所述第一反射镜的反射面垂直方向，所述第一反射镜露出于所述第二反射镜。

作为本实用新型的一种优选方式，还包括可调镜架，所述第一反射镜、第二反射镜均通过所述可调镜架与所述壳体的内腔连接。

作为本实用新型的一种优选方式，所述可调镜架与所述第一反射镜、第二反射镜的反射面的背面连接。

作为本实用新型的一种优选方式，所述壳体包括主体、盖体，所述盖体与所述主体活动连接，且封闭所述内腔。

作为本实用新型的一种优选方式，所述入射孔与所述出射孔设有氟化钙玻片。

作为本实用新型的一种优选方式，所述壳体的外壁设有加热单元。

一种二氧化碳浓度检测系统，包括上述任一项所述的一种多次反射吸收池，还包括：激光源、接收器；所述激光源向所述入射孔射出激光束，所述接收器接收所述出射孔射出的激光束信号。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种多次反射吸收池及二氧化碳浓度检测系统，通过两面定制平面反射镜达到多次反射的效果，可以控制光斑的距离，即反射次数来控制总光程大小，调节检测二氧化碳浓度的灵敏度，在同等光程下比其他二氧化碳吸收池体积更小，成本更低。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的多次反射吸收池的内部示意图。

图2是本实用新型的多次反射吸收池的内部俯视示意图。

图3是本实用新型的多次反射吸收池的光反射示意图。

图4是本实用新型的多次反射吸收池的整体示意图。

说明书附图标记说明：1、壳体；11、主体；111、入射孔；112、出射孔；12、盖体；2、第一反射镜；3、第二反射镜；4、可调镜架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第二”、“第一”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，还可以是通信；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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。此外，术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

参照图1~4所示，本实用新型一种多次反射吸收池的实施例，包括：

壳体1，具有中空的内腔。

第一反射镜2，所述第一反射镜2为平面反射镜，设于所述内腔的一侧。

第二反射镜3，所述第二反射镜3为平面反射镜，设于所述内腔的另一侧。所述第二反射镜3的反射面与所述第一反射镜2的反射面平行，且所述第二反射镜3、第一反射镜2的反射面相对。

入射孔111，位于所述壳体1上，连通所述壳体1的内腔与外部环境。激光束通过所述入射孔111射入所述内腔中，且向所述第一反射镜2射出。

出射孔112，位于所述壳体1上，连通所述壳体1的内腔与外部环境。进入所述内腔的所述激光束在所述第一反射镜2与第二反射镜3之间多次反射，最终通过所述出射孔112射出所述内腔。

所述入射孔111与出射孔112可互相替换。

参照图2~3所示，在所述壳体1上，所述入射孔111、出射孔112分别位于所述第二反射镜3的两侧。沿所述入射孔111、出射孔112的连接线的延伸方向，所述第一反射镜2的长度大于所述第二反射镜3的长度。沿所述第一反射镜2的反射面垂直方向，所述第一反射镜2露出于所述第二反射镜3。即，所述第二反射镜3位于所述第一反射镜2与入射孔111、出射孔112之间，所述入射孔111、出射孔112的延长线与所述第一反射镜2相交，因此所述入射孔111射出的激光束可越过所述第二反射镜3射于所述第一反射镜2的反射面上，而所述第一反射镜2最终反射出的激光束也可穿过所述出射孔112射出。

所述第一反射镜2的尺寸为定制，具体为120mm*50mm*30mm。所述第二反射镜3的尺寸为定制，具体为100mm*50mm*30mm。

参照图3所示，具体的，量子级联激光器作为激发光源，发射出所需波长的激光束，激光束沿所述入射孔111射入所述内腔，从所述第二反射镜3的一侧打在所述第一反射镜2的反射面上，通过在所述第一反射镜2与第二反射镜3之间的多次反射后，达到长光程，所述激光束从所述第二反射镜3的另一侧沿所述出射孔112出来，被光电探测器接收。

通过控制光斑的距离，即反射次数来控制总光程大小。由于空气中存在一定量的CO₂气体，使得激光光强由于吸收逐渐变弱，当光程大到一定程度后，红外探测卡片无法观测到激光。因此，需要将可见光和待测光进行合束，通过调节第一反射镜2以及第二反射镜3的位移旋钮来控制参考可见激光方向，最终将参考可见激光耦合进出射口，使得在出射口可以探测到待测激光的信号。

优选的，还包括可调镜架4，所述第一反射镜2、第二反射镜3均通过所述可调镜架4与所述壳体1的内腔连接。所述可调镜架4与所述第一反射镜2、第二反射镜3的反射面的背面连接。通过所述可调镜架4调节光路，控制两个反射镜上的反射光斑数，进而控制总光程的大小。

所述入射孔111与所述出射孔112设有氟化钙玻片，所述氟化钙玻片可有效透过中红外光，且保持良好的密封性。

所述壳体1的外壁设有加热单元和保温棉，所述加热单元和保温棉用于控温，使得壳体1内气体温度能够控制在某一恒定值。

参照图4所示，所述壳体1包括主体11、盖体12，所述盖体12与所述主体11活动连接，且封闭所述内腔，所述壳体1上的盖体12可以打开，便于对可调镜架4进行调节，进而完成光路调试。

所述壳体1采用橡胶垫密封，与传统O型圈相比，能够减小壁厚，从而减轻所述壳体1的重量。

所述壳体1内壁尖角倒圆，防止池内CO₂气体吹扫不完全，提高光信号的信噪比。

所述壳体1表面导有安装槽，所述安装槽可为半圆槽，利用安装槽与底座卡接，便于节约空间。

一种二氧化碳浓度检测系统，包括上述任一项所述的一种多次反射吸收池，还包括：激光源、接收器。所述激光源向所述入射孔111射出激光束，所述接收器接收所述出射孔112射出的激光束。

所述激光源即量子级联激光器，所述激光源设于所述入射孔111的一侧，且向所述入射孔111发出激光束。

所述接收器即光电探测器，所述接收器设于所述出射孔112的一侧，用于接收从所述出射孔112射出的激光束信号。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种多次反射吸收池，对于CO₂浓度测量，本气体吸收池成本低，体积小，且具有良好的温度稳定性和密封性。光路易调节，可以根据需求改变光程。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多次反射吸收池，其特征在于，包括：

壳体，具有中空的内腔；

第一反射镜，设于所述内腔的一侧；

第二反射镜，设于所述内腔的另一侧；所述第二反射镜的反射面与所述第一反射镜的反射面平行，且所述第二反射镜、第一反射镜的反射面相对；

入射孔，位于所述壳体上，激光束通过所述入射孔向所述第一反射镜射出；

出射孔，位于所述壳体上，所述激光束在所述第一反射镜与第二反射镜之间反射，最终通过所述出射孔射出。

2.根据权利要求1所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，所述入射孔、出射孔位于所述第二反射镜的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，沿所述入射孔、出射孔的连接线的延伸方向，所述第一反射镜的长度大于所述第二反射镜的长度。

4.根据权利要求1所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，沿所述第一反射镜的反射面垂直方向，所述第一反射镜露出于所述第二反射镜。

5.根据权利要求1所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，还包括可调镜架，所述第一反射镜、第二反射镜均通过所述可调镜架与所述壳体的内腔连接。

6.根据权利要求5所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，所述可调镜架与所述第一反射镜、第二反射镜的反射面的背面连接。

7.根据权利要求1所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，所述壳体包括主体、盖体，所述盖体与所述主体活动连接，且封闭所述内腔。

8.根据权利要求7所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，所述入射孔与所述出射孔设有氟化钙玻片。

9.根据权利要求1所述的一种多次反射吸收池，其特征在于，所述壳体的外壁设有加热单元。

10.一种二氧化碳浓度检测系统，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的一种多次反射吸收池，还包括：激光源、接收器；所述激光源向所述入射孔射出激光束，所述接收器接收所述出射孔射出的激光束信号。