[發(fā)明專利]用于光束轉(zhuǎn)向的設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580044615.7
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN106662527B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿爾弗雷德·菲提施;劉翔;基斯·本杰明·赫爾布萊;道格拉斯·拜爾
• 申請（專利權(quán)）人: 光譜傳感器公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01J3/42;G01J3/02
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 張煥生;謝麗娜

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年8月22日提交的，標(biāo)題為“具有有效光束轉(zhuǎn)向的光譜儀”(“Spectrometer With Active Beam Steering”)的美國專利申請序列號14/466,819的優(yōu)先權(quán)。本段中列舉的每個(gè)申請的公開內(nèi)容都在此通過引用以其整體并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本文所述的主題涉及一種其中可使用控制器選擇性地轉(zhuǎn)向光源發(fā)射的光束的光譜分析儀。

背景技術(shù)

光譜儀使用物質(zhì)的發(fā)光或者吸收或者拉曼散射，從而定性和定量地分析氣相、固相或者液相化合物中的特定原子和分子。在這種情況下，從光源發(fā)射的輻射通過由在分析物的原子、離子或者分子內(nèi)發(fā)生的光學(xué)躍遷確定的特殊能量吸收。在另一種情況下，分析物的原子、離子或者分子發(fā)射的光由原子或者分子內(nèi)的光學(xué)躍遷確定的特殊能量的光譜分量組成。在又另一種情況下，物質(zhì)散射的光含有通過拉曼散射產(chǎn)生的，對應(yīng)于分子或者離子內(nèi)的某些特殊躍遷的光譜分量。例如，在紅外吸收光譜分析中，離散的能量量子由于分子內(nèi)鍵的振動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的激勵(lì)而被分子吸收。

環(huán)境條件的變化以及光譜儀樣品池內(nèi)的反射器表面的老化或者污染，或者對污染或者退化反射器表面的替換能夠引起光譜儀內(nèi)的光源的光束路徑隨著時(shí)間或者由于更換反射器而改變。光學(xué)光譜儀內(nèi)的光束路徑的改變能夠使光譜儀校準(zhǔn)無效。在大多數(shù)情況下，這些光譜儀需要至少樣品池的工廠校準(zhǔn)，或者由熟練技術(shù)人員更換。這種維修需求和工廠修復(fù)成本高，并且在執(zhí)行這些修復(fù)時(shí)導(dǎo)致光譜儀及其控制的操作的停機(jī)時(shí)間。這是現(xiàn)在當(dāng)樣品池中的至少一個(gè)反射器由于反射表面的污染或者由于其它退化而必須被替換時(shí)需要對樣品池工廠校準(zhǔn)的傳統(tǒng)TDL(可調(diào)諧二極管激光器)光譜儀普遍存在的問題。由于導(dǎo)致液體流經(jīng)樣品池并且在反射器上留有有害殘留物的不可避免的反應(yīng)器的令人擔(dān)憂的狀態(tài)，這種樣品池修復(fù)和替換的回廠時(shí)間已經(jīng)使得在許多石化生產(chǎn)，諸如乙烯和丙烯生產(chǎn)過程中排除TDL光譜儀的使用。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面，提供一種設(shè)備，包括光源、至少一個(gè)檢測器、致動(dòng)元件以及被耦合至致動(dòng)元件的控制器。光源被配置成將光束發(fā)射到包含吸收介質(zhì)的樣品體積內(nèi)。至少一個(gè)檢測器被定位成檢測光源發(fā)射的光束的至少一部分。致動(dòng)元件被配置成選擇性地引起光源發(fā)射的光束被轉(zhuǎn)向。基于至少一個(gè)檢測器檢測的信號強(qiáng)度確定吸收介質(zhì)等等的濃度水平。在一些變形中，能夠存在兩個(gè)或多個(gè)致動(dòng)元件。

致動(dòng)元件能夠被耦合至光源、至少一個(gè)檢測器、位于光源和檢測器之間的反射器，和/或位于光源和至少一個(gè)檢測器之間的至少一個(gè)透射或反射光學(xué)元件。致動(dòng)元件能夠被耦合至反射器，并且被配置成選擇性地引起反射器的至少一個(gè)反射特性改變。

吸收介質(zhì)能夠?yàn)橄铝幸环N或多種介質(zhì)：氣體、液體、反射介質(zhì)、發(fā)射介質(zhì)或者拉曼活性介質(zhì)。

該設(shè)備能夠包括限定樣品體積的外殼。這種外殼例如能夠?yàn)椋涸诠獗３衷跇悠烦貎?nèi)部時(shí)在一個(gè)或多個(gè)光學(xué)反射鏡之間反射光的多通構(gòu)造；在光保持在樣品池內(nèi)部時(shí)光被一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件反射和/或折射的多通構(gòu)造；赫里奧特池；軸上光學(xué)諧振器；橢圓形集光器；至少一個(gè)反射多通池；離軸光學(xué)諧振器；懷特池；光學(xué)腔；空心光導(dǎo)管；或者其中光在保持在樣品池內(nèi)部時(shí)不被反射的單通構(gòu)造。

在其它變形中，樣品體積形成部分開放路徑系統(tǒng)。

致動(dòng)元件能夠包括至少一個(gè)壓電元件。在其它變形中，致動(dòng)元件包括下列中的一個(gè)或多個(gè)：步進(jìn)電機(jī)、光電致動(dòng)器、聲光致動(dòng)器、可調(diào)光學(xué)波導(dǎo)管、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)致動(dòng)裝置、光閥、尺蠖式裝置、機(jī)械致動(dòng)器、磁致動(dòng)器、靜電致動(dòng)器、感應(yīng)致動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器、熱致動(dòng)器、壓力致動(dòng)器、應(yīng)力和應(yīng)變致動(dòng)器，或者模擬電機(jī)。

在一些變形中，致動(dòng)元件能夠包括或者被耦合至下列中的一個(gè)或多個(gè)：棱鏡、校準(zhǔn)器、透鏡、光柵、衍射光學(xué)元件、反射器、雙折射元件、晶體元件、非晶元件、光電元件、聲光元件、光學(xué)窗口、光楔、波導(dǎo)管、電操縱波導(dǎo)管或者空氣波導(dǎo)管。

控制器能夠響應(yīng)于至少一個(gè)檢測器檢測的光束位置和/或角度引起光源進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向。光束(響應(yīng)于來自控制器的信號)能夠被沿至少一個(gè)檢測器轉(zhuǎn)向至預(yù)定位置和角度。

該至少一個(gè)檢測器能夠包括光接收器陣列和/或它可以是多元件光接收器。該至少一個(gè)檢測器能夠包括至少一個(gè)位置感測光電二極管。