[發明專利]一種可更換視窗鏡片的便攜式激光氣體吸收池

在審

• 申請號: 202110387138.1
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113092397A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王志嵩;劉慶明;沈陽
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01;G02B7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種可更換視窗鏡片的便攜式激光氣體吸收池，主要由密封進光窗口、吸收池腔體、壓力表、溫度控制系統和密封反射棱鏡窗口構成，所述密封進光窗口和吸收池腔體上分別有對應的楔形環狀刀口和凹槽，中間有密封圈進行密封；所述吸收池腔體可安裝壓力傳感器、熱電偶測溫探頭，吸收池腔體上面還有一個進出氣孔，可安裝閥門；所述溫度控制系統包括熱電偶測溫探頭、加熱棒和溫控器組成；所述密封反射棱鏡窗口安裝有一塊全反射棱鏡，用于控制吸收池內光路。上述可更換視窗鏡片的便攜式激光氣體吸收池利用了一種新的密封方式，便攜式的加熱方式以及一種光路改變方式，能夠在保證精度和光路長度的前提下，使吸收池外形小巧易于裝配。

技術領域

本發明屬于氣體參數探測技術領域，具體涉及一套氣體吸收池設備及可更換真空窗口密封方法。

背景技術

隨著工業的發展，能源的重要性與需求也越來越大，氣體燃料作為新興能源正逐步改變著傳統的能源結構。然而可燃氣體易燃易爆性也同樣給人們的生產生活帶來很大的安全隱患，因此可靠地監測檢測可燃氣體的各項參數是保障生產順利進行、從業人員的生命財產安全的重要舉措。目前對氣體的監測主要分為接觸式和非接觸式兩種，非接觸式監測中又以可協調半導體激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)最為高效可靠。

TDLAS技術監測氣體時，通常需要將氣體通入吸收池再進行測量。為防止大氣中其它氣體對待測氣體的干擾也為了能控制氣體量，需要吸收池能夠保持超真空，該類吸收池一般由不銹鋼吸收池管體和超真空密封進光窗口構成。目前市面上為保證密封，大多選擇將透光晶體與密封法蘭焊接在一起，但是由于晶體與法蘭的熱膨脹系數不同，當不斷進行加熱-降溫過程時，會因為溫度應力而導致微漏，而且一旦焊接后，便不能拆卸，不能實現一池多用；另一方面，利用激光測量某些氣體時需要用特殊的透光晶體，而有些晶體并不能夠與金屬焊接。目前，法蘭盤與吸收池管體的連接主要是螺栓連接，這種簡單的擠壓密封往往不能使吸收池長時間保持超真空狀態，同時因為連續的升溫-降溫過程，會使接口處出現溫度應力，導致微漏發生。

此外，當前市面上的吸收池一般都是在加熱爐里進行加熱，體積大而且不便捷，受工作場地的限制非常大。現有的便攜式激光氣體吸收池均采用平面鏡反射光路來達到增加光程的目的，平面鏡通常是在玻璃的后表面鍍銀而成，平面鏡的前表面即玻璃表面也反射光線，玻璃表面成的像會對試驗結果有很大的干擾。

因此，對與長時間保持超真空狀態的、可隨監測氣體更換視窗鏡片的自帶溫度控制器的便攜式激光吸收池，目前尚無可靠的成品。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一套能夠根據需求自由更換視窗鏡片的激光氣體吸收池、一套帶加熱裝置的溫度控制系統，并提供了一種改善真空窗口密封的方法，能夠有效增加密封時間。

為實現上述目的，本發明提供的吸收池，由密封進光窗口、吸收池腔體、壓力表、溫度控制系統和密封反射棱鏡窗口構成。

所述密封進光窗口由法蘭盤和透光鏡片組成，其中法蘭盤與透光鏡片之間是靠彈性密封圈進行密封。同樣的，圓形鏡片與吸收池之間也用此彈性密封圈密封，

所述密封圈采用環狀聚四氟乙烯材料制成，與圓形鏡片等直徑，可在-200℃～+350℃范圍內正常工作。

所述法蘭盤與吸收池上分別有對應的楔形環狀刀口和凹槽，刀口與凹槽之間又有一層環狀聚四氟乙烯密封圈的密封，刀口式的軟接觸能夠最大限度的保證密封效果。

所述法蘭盤與吸收池之間靠六枚六角螺栓連接，能夠有效保證法蘭盤與吸收池之間能夠緊密擠壓，同時保證壓力的均布。

所述密封反射棱鏡窗口的密封方式與密封進光窗口完全一致，有別于密封進光窗口，密封反射棱鏡窗口沒有透光孔，在窗口的內表面安裝有一塊二次全反射直角棱鏡。