[發明專利]一種氣體吸收池和氣體濃度分析儀

有效

• 申請號: 201810771699.X
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108896484B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 敖小強;石磊
• 申請（專利權）人: 北京雪迪龍科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/31
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 王月春;武玉琴

本發明涉及一種氣體吸收池及氣體濃度分析儀。氣體吸收池包括同焦距的主鏡、端鏡B、端鏡C，主鏡設在氣體吸收池的一側，端鏡B、C設在另一側，主鏡上有入射口，以主鏡面中心為對稱中心取與入射口對稱的位置為對稱點，入射口和對稱點之間的直線距離為H，H等分為2n份，端鏡B和端鏡C傾斜設置，使球心點B和球心點C與主鏡面中心所在的水平線產生同向偏移，且與主鏡面中心的水平距離分別為±1/4n×H；光束經入射口射入后，在主鏡和端鏡反射作用下形成2n個光斑，在第2n個光斑處或第2n?2個光斑處設置折返鏡，折返鏡由兩個平面反射鏡構成。本發明的氣體吸收池可檢測濃度較低的氣體濃度，準確度和靈敏度較高。

技術領域

本發明涉及光電檢測領域，具體涉及一種氣體吸收池，以及含有該氣體吸收池的氣體濃度分析儀。

背景技術

根據比爾-朗伯定律(Beer-Lambert law)，一束單色光照射于吸收介質表面，在通過一定厚度的介質后，由于介質吸收了一部分光能，透射光的強度就會減弱。吸收介質的濃度越大，介質的厚度越大，吸收光強度的減弱越顯著，其變化關系符合公式：A＝K·c·L，其中，A為測量得到的光的吸光度；K為物質的吸收系數，為常數；c為待測物質的濃度；L為吸收介質的厚度，即為測量光程長度。

在測量工業污染源或是環境空氣質量時，污染氣體的濃度往往是ppm或ppb級別的，而氣體的吸收系數又較低，所以要想測量這么低的濃度，需要通過增加測量光程的方法來提高測量的靈敏度。為了提升氣體吸收池的光程長度，John U.White設計了一種多次反射的氣體吸收池，具有孔徑角大、光程長等優點，在現代的氣體分析儀中有廣泛的應用。

傳統的White池由三面焦距相同的凹面鏡構成，包括一個主鏡和兩個端鏡，兩個端鏡的球心點對稱的分布在主鏡的鏡面上，并且以主鏡面中心為對稱中心，通過調節焦點之間的距離就能夠實現對氣體吸收池光程長度的調節。

一般來說，氣體分析儀射出的光束為準直的平行光，通過與氣體吸收池的耦合光路配合，光束匯聚后通過氣體吸收池的入射孔入射到氣體吸收池中，且匯聚光束的匯聚點應當與氣體吸收池主鏡面重合，光束在通過此處后開始發散，發散的光束再照射到端鏡上，端鏡經過匯聚，使光束匯聚到主鏡上；匯聚后的光束再經過主鏡的反射而發散，照射到另外一面端鏡上，再經過匯聚后返回主鏡。如此反復，實現光束在氣體吸收池中的多次反射。這基于了光學的基本原理，近軸光束從兩倍焦距出射后經過透鏡或球面鏡的匯聚，匯聚點為兩倍焦距點。

對于傳統的White池而言，將入射口和出射口之間的距離等分為2n份，兩個端鏡的焦點分別位于距離主鏡面中心為(±1/4n)處，入射光束經過兩個端鏡的反射后在主鏡上的成像斑點位置以端鏡球心點為對稱點，分布在主鏡上，且一共會有2n+1個成像斑點。

通過不斷的縮小端鏡球心點與主鏡面中心的距離，能夠不斷的增加光程長度。但是，由于成像光斑具有一定的大小，成像光斑的半徑為r，當r＞1/4n時，成像光斑會出現重疊，第2n-1個成像光斑會與入射點的光斑重合，導致發生重疊的光束一部分通過入射口而發生損失。因此，氣體吸收池的長度其實是有限的。

為了突破成像光斑的r≥1/4n的限制，研究者發現，可以將端鏡進行一定角度的傾斜，使端鏡在主鏡上的球心點的位置相對于傳統的White池而言發生一定位置的偏移，同時，其它的位置關系保持不變。通過這樣設置，可以使成像光斑的奇數排和偶數排分離形成雙排光斑，從而將氣體吸收池的光程長度提高一倍，在滿足r≥1/8n的條件下，氣體吸收池就可以有效工作。進而，可以實現在相同反射鏡的條件下，使發射點數增加一倍，氣體吸收池的光程長度增加一倍。

一種顯而易見的提升光程長度的方法為增加反射鏡的焦距，使氣體吸收池長度增加，從而在同樣的反射次數下提升光程長度，但是，氣體吸收池長度過大的話，會增大氣體吸收池的體積，妨礙其應用范圍。