[發明專利]氣體傳感器的光學氣體多程腔

有效

• 申請號: 201210162339.2
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102680419A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 馬全勝;向世清;何紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及一種多程腔，具體地說是一種氣體傳感器的光學氣體多程腔。

技術背景

紅外氣體傳感技術作為一種快速、可靠、可重復性的氣體檢測方案在國民生活的各個領域得以大量應用和快速發展。在帶有多程腔的紅外氣體傳感器中，多程腔是影響儀器工作性能的重要組件，它直接影響儀器的測量精度，它的模式穩定性決定了儀器的使用場合。

氣體的紅外吸收可以用beer定律來描述：

I(λ)=I₀(λ)exp(-kCL)

式中：

I——紅外光被氣體吸收后的光強；

I₀——紅外光的初始光強；

k——與氣體相關的常數；

C——被檢測氣體的濃度；

L——穿過氣體的總光程長度；

由上式可以看出，要增加檢測信號的強度最有效的辦法就是增長光程長度，這也正是多程腔的作用。

目前，紅外氣體傳感器中主要使用的有兩種類型的多程腔，Herriott腔和White腔。典型的Herriott腔由兩塊球面反射鏡組成，當鏡面距離適當，在一定的入射角度下，鏡面上形成具有周期性的環狀光斑圖樣，稱之為re-entrant條件。可以看到，re-entrant條件的實現和周期性光斑圖樣中光斑數（不同的re-entrant模式）依賴于鏡面距離和入射角度的穩定性，而且相同腔體空間內，周期越長，反射次數越多，所能容許的角度抖動越小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣體傳感器的光學氣體多程腔。該多程腔具有結構簡單、體積小、便于攜帶、抗干擾性能強、光程長度和光斑位置穩定的特點，能夠在環境復雜的工業現場較好地使用。

本發明的技術解決方案：

一種氣體傳感器的光學氣體多程腔，特點在于該多程腔由外腔鏡、內腔鏡、前腔板和后腔板構成；

所述的外腔鏡是一個球殼由兩個與該球殼的球心等距的平行平面切割的圓環形殼體，該圓環形殼體的內表面為高反射的鏡面，該外腔鏡的中心為所述的球殼的球心；

所述的內腔鏡是由四個曲率半徑全同的外表面為凹面的第一柱面鏡、第二柱面鏡、第三柱面鏡和第四柱面鏡依次邊邊相連接構成的正四凹面柱體；

所述的前腔板和后腔板設有多個對應的通氣孔；

所述的內腔鏡置于所述的外腔鏡中并固定在所述的前腔板和后腔板之間，所述的外腔鏡和內腔鏡的中軸線重合并垂直于所述的前腔板、后腔板，所述的內腔鏡的正四凹面柱體的中心與所述的該外腔鏡的中心重合；

所述的外腔鏡上設有光束入射孔，該光束入射孔與所述的外腔鏡的球心的連線與所述的第一柱面鏡和第三柱面鏡頂點（頂點位于與系統中心軸垂直且過所述外腔鏡的球心的面內）連線之間的夾角為42°-48°之間，所述的內腔鏡的柱面鏡的曲率半徑比所述的外腔鏡的球面鏡的曲率半徑大。

所述的通氣孔的氣孔大小和數量由通氣需求確定，所述的通氣孔上加裝過濾網，以過濾惡劣環境中的干擾物質。

所述的外腔鏡上還設有光束出射孔。

本發明的技術效果：

本發明氣體傳感器的光學氣體多程腔具有結構對稱性高、結構簡單、體積小、便于攜帶、抗干擾性能強的特點，實驗表明本發明的腔具有很強的抗干擾能力，光程長度和光斑位置的穩定性得到很好保障，可以應用在復雜的工作環境中。

附圖說明

圖1是本發明氣體傳感器的光學氣體多程腔的分解結構圖；

圖2是本發明氣體傳感器的光學氣體多程腔過所述的外腔鏡和內腔鏡的中心且垂直于所述的外腔鏡和內腔鏡的中軸線的剖面示意圖；

圖3是本發明光學氣體多程腔前腔板、后腔板的結構示意圖；

圖4是本發明光學氣體多程腔內光線反射的示意圖；

圖5是本發明光學氣體多程腔的一個實施例；

圖6是本發明光學氣體多程腔的另一個實施例。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

圖1是本發明氣體傳感器的光學氣體多程腔的分解結構圖，圖2是本發明光學氣體多程腔過所述的外腔鏡和內腔鏡的中心且垂直于所述的外腔鏡和內腔鏡的中軸線的剖面示意圖，由圖可見，本發明氣體傳感器的光學氣體多程腔，該多程腔由外腔鏡1、內腔鏡2、前腔板4和后腔板3構成；