[發(fā)明專利]多次反射長光程高溫樣品室的激光氣體檢測(cè)平臺(tái)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610271322.9
• 申請(qǐng)日: 2016-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN105758803A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂媛媛;汪冰冰;劉禎;李潘;陳聰;司濤;逯悅;田健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/03
• 分類號(hào): G01N21/03;G01N21/31
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光氣體檢測(cè)平臺(tái)，特別涉及一種多次反射長光程高溫樣品室的氣體檢測(cè)平臺(tái)。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大氣資源與人們的關(guān)系越來越密切。一方面，大氣污染是受關(guān)注的問題之一，迫切需要對(duì)工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)中產(chǎn)生的各種有害有毒、易燃易爆的氣體進(jìn)行監(jiān)控；另一方面，在利用各種氣體的時(shí)候，如天然氣、煤制氣、液化氣等的開發(fā)和使用，或是航天工業(yè)中用到的氣體系統(tǒng)，對(duì)各種氣體濃度的檢測(cè)是不可缺少的。

在未飽和的弱吸收情況下，半導(dǎo)體激光穿過被測(cè)氣體的光強(qiáng)衰減可用Beer-Lambert關(guān)系表述：

l_v=I₀T(v)=I₀exp[-S(T)g(v-v₀)PXL]（1）。

式中：I₀和I_ν分別表示頻率為ν的單色激光入射時(shí)和經(jīng)過光程L、氣體壓力P和體積濃度為X的氣體后的光強(qiáng)。線形函數(shù)g(ν-ν0)表征該吸收譜線的形狀，它與氣體溫度、壓力有關(guān)。S(T)表示氣體吸收譜線的強(qiáng)度，是氣體溫度的函數(shù)。常規(guī)氣體的S(T)參數(shù)可在分子光譜數(shù)據(jù)庫HITRAN中查詢。

由Beer-Lambert關(guān)系可知，在其他參量不變時(shí)，氣體濃度與光程成反比。故當(dāng)被測(cè)氣體含量很低時(shí)，可通過加長光程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。通過測(cè)量氣體對(duì)激光光強(qiáng)的衰減，根據(jù)公式（1）以及S(T)和g(ν-ν0)與溫度、壓力等參數(shù)的定量關(guān)系，可以獲得被測(cè)氣體的濃度信息。在空氣痕量氣體的檢測(cè)中，一般需要和長光程多次吸收技術(shù)相結(jié)合，用來提高儀器檢測(cè)下限水平。

加長光程一般采用反射鏡對(duì)光線進(jìn)行多次反射來實(shí)現(xiàn)，而反射鏡一旦設(shè)置在氣體室內(nèi)后，其位置和角度很難調(diào)節(jié)，從而較難達(dá)到理想的光路。而且傳統(tǒng)的回返氣體室存在成本高，反射鏡受污染后不易清洗等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種采用Herriott多次反射式氣室以保證長光程，測(cè)量精度高，體積小，成本低的小型化帶多次反射高溫樣品室的激光氣體檢測(cè)平臺(tái)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

多次反射長光程高溫樣品室的氣體檢測(cè)平臺(tái)，包括

平臺(tái)底座；

樣品室殼體，所述樣品室殼體設(shè)置在所述平臺(tái)底座上，樣品室殼體的一側(cè)的側(cè)壁上方設(shè)置有氣體入口，樣品室殼體的另一側(cè)的側(cè)壁上方設(shè)置有氣體出口，樣品室殼體的兩端分別設(shè)有入射窗口和出射窗口；所述樣品室殼體的左端上部設(shè)有通光孔；所述樣品室殼體的右端下部設(shè)有通光孔；

光路調(diào)整裝置，所述光路調(diào)整裝置設(shè)置在所述平臺(tái)底座上，所述樣品室殼體的左端外側(cè)；

接收裝置安裝座，所述接收裝置安裝座設(shè)置在所述平臺(tái)底座上，所述樣品室殼體的右端外側(cè)；

激光發(fā)射裝置，所述激光發(fā)射裝置安裝在通光孔外側(cè)的光路調(diào)整裝置上，激光發(fā)射裝置為發(fā)射光線的起始端；

激光接收裝置，所述激光接收裝置安裝在通光孔外側(cè)的接收裝置安裝座上，激光接收裝置為發(fā)射光線的末端；

共軛激光反射裝置，所述共軛激光反射裝置由兩片采用HerriottCell原理的共軛凹面反射鏡構(gòu)成，包括凹面反射鏡和凹面反射鏡，所述凹面反射鏡、凹面反射鏡分別固定在樣品室殼體的兩端；所述凹面反射鏡安裝在凹面反射鏡安裝座上，所述凹面反射鏡安裝在凹面反射鏡安裝座上；

所述凹面反射鏡設(shè)置在入射窗口的前面，所述凹面反射鏡設(shè)置在出射窗口的后面；

激光發(fā)射裝置的發(fā)射光線經(jīng)過入射窗口射入到樣品室殼體的內(nèi)腔后，經(jīng)過出射窗口，射到凹面反射鏡，經(jīng)反射，光線在兩片共軛凹面反射鏡、凹面反射鏡和入射窗口、出射窗口之間經(jīng)多次反射，最后由凹面反射鏡的出口射到激光接收裝置上。

進(jìn)一步地，所述樣品室殼體上還設(shè)有加溫裝置、溫控裝置、壓力傳感裝置。

進(jìn)一步地，所述入射窗口和出射窗口為偏向角為2°~10°的涂鍍?cè)鐾改さ男ㄐ午R片，楔形鏡片用來密封被測(cè)氣體，同時(shí)也避免了平面窗口產(chǎn)生較大的光路噪聲。

進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射裝置由半導(dǎo)體激光器和激光準(zhǔn)直鏡構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述激光接收裝置由光電探測(cè)器構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述凹面反射鏡和入射窗口之間設(shè)有隔熱塊，凹面反射鏡和出射窗口之間設(shè)有隔熱塊；隔熱塊的安裝方式為插入式安裝，隔熱塊的作用：1.隔熱，2.防止外界氣體流動(dòng)對(duì)光路產(chǎn)生影響；隔熱塊采用插入式的安裝方式避免了加熱變形對(duì)光路產(chǎn)生的影響。