一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池。本發(fā)明屬于氣相監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是：開放式光學(xué)長程池包括四塊面狀拋物鏡、開放氣室、光纖耦合器、水平導(dǎo)軌和螺旋推進(jìn)器；四塊面狀拋物鏡對角分布在開放氣室之中，并且垂直于開放氣室的上盤和底盤；開放氣室上盤對角安裝四條水平導(dǎo)軌，底盤對應(yīng)安裝四條水平導(dǎo)軌，拋物鏡安裝在水平導(dǎo)軌上；面狀拋物鏡上設(shè)有入射孔與出射孔，入射孔與出射孔設(shè)有光纖耦合器；螺旋推進(jìn)器連接推動面狀拋物鏡直線運(yùn)動本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，易于實(shí)現(xiàn)，有效光程自行設(shè)定，適用于生產(chǎn)現(xiàn)場低濃度氣體區(qū)域自動化在線監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，保障了生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境安全。
【專利說明】一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣相監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著石油工業(yè)快速發(fā)展,伴隨著氣體泄漏事件越來越多,爆炸事故和大氣污染等頻頻發(fā)生，極大威脅了生存環(huán)境與財(cái)產(chǎn)安全。因此，對可燃性氣體與有毒有害氣體的在線監(jiān)測顯得尤為重要。一些密閉的空間，如反應(yīng)罐、油罐、缺乏良好通風(fēng)車間、地下管道、地下排水溝、船艙等。都是需要進(jìn)行有害氣體檢測的重要場所。石油化工企業(yè)是危險氣體存在較為普遍的場所，從原材料采集，生產(chǎn)過程到產(chǎn)品儲運(yùn)等環(huán)節(jié)都可能發(fā)生易燃易爆和有毒有害的氣體泄漏，因此對于低濃度氣體泄漏在線監(jiān)測已經(jīng)迫在眉睫，及時的預(yù)警有力保障了現(xiàn)場環(huán)境安全。
[0003]隨著信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，對低濃度氣體的檢測精度提出更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)低濃度氣體的檢測靈敏度，增大激光束在氣體樣品的有效光程是提高檢測靈敏度的有效手段。因此，光學(xué)長程技術(shù)的發(fā)展決定了氣體濃度的檢測水平。常見的氣體吸收池有White型和Herriott型以及基于“White型”和“Herriott型”的改進(jìn)型。比如，美國專利US3524066中，在圓柱腔體兩端安裝兩塊平面反射鏡以增加有效光程，實(shí)現(xiàn)折疊光束的氣體檢測。在專利CN1283789中，由多個反射鏡項(xiàng)鏈組成多邊形的平面多路徑氣體吸收池。在專利:CN102297839中，通過兩塊平面鏡增加吸收光程，提高了光譜測試的靈敏度。在專利CN102879898中，可調(diào)諧多次反射光學(xué)吸收池對傳統(tǒng)的Herriott型做了改進(jìn)，將其中一塊凹面腔鏡用平面鏡替代，實(shí)現(xiàn)了超長距離的有效光程的可調(diào)諧，提高了調(diào)節(jié)精度。然而，在現(xiàn)有的吸收池中，制作工藝簡單且系統(tǒng)穩(wěn)定的吸收池可實(shí)現(xiàn)的有效光程較??；光程較大的吸收池，存在制作工藝比較復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，不利于現(xiàn)場的低濃度測量等技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池。
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，易于實(shí)現(xiàn)，有效光程自行設(shè)定，適用于生產(chǎn)現(xiàn)場低濃度氣體區(qū)域監(jiān)測等特點(diǎn)的開放式光學(xué)長程池，對存在可燃或者氣體空間可實(shí)現(xiàn)自動化在線監(jiān)測，大大的提高生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境安全。
[0006]一種基于拋物鏡的開放式多光程裝置，包括四塊面狀拋物鏡、開放氣室、光纖耦合器、水平導(dǎo)軌、剛性支架、螺旋推進(jìn)器、入射孔與出射孔等部件構(gòu)成。四塊面狀拋物鏡對角分布在開放氣室之中，并且垂直于開放氣室的上盤和底盤。氣室上盤對角安裝四條水平導(dǎo)軌，底盤對應(yīng)安裝四條水平導(dǎo)軌。上盤導(dǎo)軌與下盤導(dǎo)軌分別有拋物鏡槽孔。拋物鏡安裝在上下導(dǎo)軌上，呈對角分布。拋物面鏡順著上盤槽孔緩慢插入底盤暗槽處，以實(shí)現(xiàn)拋物鏡的固定。[0007]其中一塊面狀拋物鏡上同時開設(shè)入射光束的入射孔與出射孔。入射孔安裝在拋物面鏡的下表面，并設(shè)有角度控制器，使得入射光束可以從一定角度范圍入射。出射孔和入射孔都安裝自聚焦透鏡與光纖耦合器，使得光束經(jīng)過耦合進(jìn)入光纖。
[0008]開放氣室上下底板分別對應(yīng)安裝直線推進(jìn)導(dǎo)軌，四條導(dǎo)軌呈對角放置在同一平面，使得拋物面鏡按各自方向可以直線推進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)共軸對焦調(diào)節(jié)與增大或者減小單次光程的目的。每條導(dǎo)軌安裝剛性夾具，剛性夾具可以固定拋物面鏡。使得拋物面鏡共軸移動。
[0009]開放氣室的上下表面為剛性底板，并有一定的厚度。剛性底板分布在導(dǎo)軌周圍，可以固定直線導(dǎo)軌。上下底板分別有剛性支架連接，四根剛性支架固定上下剛性底板，可以固定上下底板的相對運(yùn)動，起到防震的目的。
[0010]在剛性夾具上分別安裝螺旋推進(jìn)器，螺旋推進(jìn)器可以推動剛性夾具在直線導(dǎo)軌上按著導(dǎo)軌的方向上直線運(yùn)動。螺旋推進(jìn)器上有粗調(diào)和微調(diào)兩種調(diào)節(jié)模式?？梢跃_的推動拋物面鏡在導(dǎo)軌方向上直線運(yùn)動，微調(diào)旋鈕可以起到精確對焦的作用。
[0011]本發(fā)明所提到的開放式表明本裝置不是一個密閉的空間，外界氣體可以自由穿梭在裝置內(nèi)部，省略了吸氣裝置，非常適用于局部空間危險氣體的在線監(jiān)測。
[0012]本發(fā)明基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池所采取的技術(shù)方案是:
[0013]一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是:開放式光學(xué)長程池包括四塊面狀拋物鏡、開放氣室、光纖耦合器、水平導(dǎo)軌和螺旋推進(jìn)器；四塊面狀拋物鏡對角分布在開放氣室之中，并且垂直于開放氣室的上盤和底盤；開放氣室上盤對角安裝四條水平導(dǎo)軌，底盤對應(yīng)安裝四條水平導(dǎo)軌，拋物鏡安裝在水平導(dǎo)軌上；面狀拋物鏡上設(shè)有入射孔與出射孔，入射孔與出射孔設(shè)有光纖耦合器；螺旋推進(jìn)器連接推動面狀拋物鏡直線運(yùn)動。
[0014]本發(fā)明基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池還可以采用如下技術(shù)方案:
[0015]所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是:上盤和底盤有剛性支架連連，四根剛性支架固定上下剛性底盤，可以固定上盤和底盤的相對運(yùn)動。
[0016]所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是:水平導(dǎo)軌安裝有剛性夾具，剛性夾具固定拋物面鏡，使得拋物面鏡共軸移動。
[0017]所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是:剛性夾具上安裝螺旋推進(jìn)器，螺旋推進(jìn)器推動剛性夾具在導(dǎo)軌上運(yùn)動；螺旋推進(jìn)器上有粗調(diào)和微調(diào)兩種調(diào)節(jié)模式，推動拋物面鏡在導(dǎo)軌方向上直線運(yùn)動，微調(diào)旋鈕精確對焦。
[0018]所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是:上盤水平導(dǎo)軌與底盤水平導(dǎo)軌分別有拋物鏡暗槽孔，面狀拋物鏡插在暗槽孔處，實(shí)現(xiàn)拋物鏡的固定并呈對角分布狀態(tài)。
[0019]所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特點(diǎn)是:一塊面狀拋物鏡上同時開設(shè)入射光束的入射孔與多個出射孔；入射孔安裝在拋物面鏡的下表面，并設(shè)有角度控制器，使得入射光束可以從一定角度范圍入射；出射孔和入射孔都安裝自聚焦透鏡與光纖耦合器，使得光束經(jīng)過耦合進(jìn)入光纖。
[0020]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0021 ] 基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0022]I)基于拋物面鏡的多光程吸收池，采用四塊拋物面鏡組成，四塊拋物面鏡對角安裝在水平導(dǎo)軌上，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，易于實(shí)現(xiàn)，避免共軸調(diào)節(jié)的麻煩。
[0023]2)可實(shí)現(xiàn)的較大的有效光程:本裝置采用拋物面鏡作為反射鏡，拋物面鏡具有匯聚的作用，因此可以實(shí)現(xiàn)較大的有效光程。
[0024]3)有效光程可以自行設(shè)定。本裝置可以根據(jù)入射角度可以計(jì)算確切的光程長度，有效光程呈現(xiàn)周期性變化。因此可根據(jù)需要，預(yù)先設(shè)定需要的有效光程。
[0025]4)長程池采用開放式。省略了吸收池的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的同時，對存在可燃或者氣體空間可實(shí)現(xiàn)自動化在線監(jiān)測。大大的提高生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程吸收池傳輸光路示意圖；
[0028]圖3是基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5是基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池后視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖6是基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池的計(jì)算模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0033]參閱附圖1至圖6。
[0034]實(shí)施例1
[0035]一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，包括四塊面狀拋物鏡、開放氣室、光纖耦合器、水平導(dǎo)軌和螺旋推進(jìn)器；四塊面狀拋物鏡對角分布在開放氣室之中，并且垂直于開放氣室的上盤和底盤；開放氣室上盤對角安裝四條水平導(dǎo)軌，底盤對應(yīng)安裝四條水平導(dǎo)軌，拋物鏡安裝在水平導(dǎo)軌上；面狀拋物鏡上設(shè)有入射孔與出射孔，入射孔與出射孔設(shè)有光纖耦合器；螺旋推進(jìn)器連接推動面狀拋物鏡直線運(yùn)動。
[0036]上盤和底盤有剛性支架連連，四根剛性支架固定上下剛性底盤，可以固定上盤和底盤的相對運(yùn)動。水平導(dǎo)軌安裝有剛性夾具，剛性夾具固定拋物面鏡，使得拋物面鏡共軸移動。剛性夾具上安裝螺旋推進(jìn)器，螺旋推進(jìn)器推動剛性夾具在導(dǎo)軌上運(yùn)動；螺旋推進(jìn)器上有粗調(diào)和微調(diào)兩種調(diào)節(jié)模式，推動拋物面鏡在導(dǎo)軌方向上直線運(yùn)動，微調(diào)旋鈕精確對焦。
[0037]上盤水平導(dǎo)軌與底盤水平導(dǎo)軌分別有拋物鏡暗槽孔，面狀拋物鏡插在暗槽孔處，實(shí)現(xiàn)拋物鏡的固定并呈對角分布狀態(tài)。一塊面狀拋物鏡上同時開設(shè)入射光束的入射孔與出射孔；入射孔安裝在拋物面鏡的下表面，并設(shè)有角度控制器，使得入射光束可以從一定角度范圍入射；出射孔和入射孔都安裝自聚焦透鏡與光纖耦合器，使得光束經(jīng)過耦合進(jìn)入光纖。
[0038]本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)及其工作過程:
[0039]如圖1所示，基于拋物面鏡長程吸收池包括四塊面狀拋物鏡、開放氣室、光纖耦合器、水平導(dǎo)軌、剛性支架、螺旋推進(jìn)器、入射孔與出射孔等部件。如圖2、圖3、圖4、圖5所示。拋物鏡I為入射鏡，拋物鏡2、拋物鏡3、拋物鏡4為拋物反射鏡。入射孔5和出射孔11在拋物鏡I上，四塊拋物面鏡安裝在剛性夾具8上，剛性夾具8安裝在直線導(dǎo)軌6上，直線導(dǎo)軌6嵌在剛性底盤7上，剛性底盤7由四根剛性支架9固定。螺旋推進(jìn)器10調(diào)節(jié)直線導(dǎo)軌的縮進(jìn)量，以實(shí)現(xiàn)拋物面鏡的共軸對焦。
[0040]如圖2所示具體的實(shí)施例光學(xué)長程池光路示意圖。入射孔5內(nèi)部安裝聚焦透鏡與光纖耦合器。拋物鏡1、拋物鏡2、拋物鏡3、拋物鏡4為拋物反射鏡，與上下底盤垂直放置。拋物鏡1、拋物鏡3水平共軸放置；拋物鏡2、拋物鏡4水平共軸放置。拋物鏡1、拋物鏡3與拋物鏡2、拋物鏡4軸垂直放置。光線從拋物鏡I入口入射水平入射，經(jīng)過拋物鏡3反射后經(jīng)過拋物鏡3焦點(diǎn)，接著經(jīng)過拋物鏡2焦點(diǎn)后鏡跑景拋物鏡2反射面水平入射拋物鏡4反射面，經(jīng)過拋物鏡4焦點(diǎn)、拋物鏡3焦點(diǎn)后在拋物鏡3、拋物鏡I反射面，同理所示，最后光線經(jīng)過拋物鏡2、拋物鏡I經(jīng)過孔徑出射，經(jīng)過聚焦透鏡與光纖耦合器，光束耦合進(jìn)入光纖。
[0041]如圖3-5所示具體的實(shí)施例光學(xué)長程池示意圖。6為水平導(dǎo)軌，7為剛性底盤，8為剛性夾具，9為剛性支架，10為螺旋推進(jìn)器。水平導(dǎo)軌呈對角分布，導(dǎo)軌之間采用互鎖結(jié)構(gòu)，使得導(dǎo)軌之間形成一個剛性整體。上下底盤壓住水平導(dǎo)軌，使得直線導(dǎo)軌只能安直線運(yùn)動。四根剛性支架連接上下底盤，保持開放長程池穩(wěn)定性。螺旋推進(jìn)器10安裝在下底盤剛性夾具8上，通過調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)剛性夾具的縮進(jìn)量。
[0042]如圖6所示具體的實(shí)施例光學(xué)長程池計(jì)算模型示意圖。
[0043]如圖6所示，C、D、E、F分別為拋物鏡1、拋物鏡2、拋物鏡3、拋物鏡4的焦點(diǎn)。拋物鏡I和拋物鏡3的焦距相等，即=P1=P3 ;拋物鏡2和拋物鏡4的焦距相等，即:p2=p4。拋物鏡1、拋物鏡3與拋物鏡2、拋物鏡4的焦點(diǎn)對稱放置。
[0044]以拋物鏡I和拋物鏡3的共軸為X軸，過拋物鏡I頂點(diǎn)，垂直于X軸的直線為y軸，即:設(shè)定拋物鏡I的方程為:
[0045]y2=2px (I)
[0046]取入射孔的橫坐標(biāo)X1為=X1=P1/8,此時其縱坐標(biāo)Y1為J1=P1/2
[0047]此時，AC=0.375p, AB=0.5p。即:AB:AC=4:3，得:0D:0C=4:3。
[0048]因此，OC與OD的縮進(jìn)量必須是一個確切的比值，才能保證圖6的光路。
[0049]設(shè)此時0C=3n,此時 0D=4n。
[0050]此時的單周期的光程為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特征是:開放式光學(xué)長程池包括四塊面狀拋物鏡、開放氣室、光纖耦合器、水平導(dǎo)軌和螺旋推進(jìn)器；四塊面狀拋物鏡對角分布在開放氣室之中，并且垂直于開放氣室的上盤和底盤；開放氣室上盤對角安裝四條水平導(dǎo)軌，底盤對應(yīng)安裝四條水平導(dǎo)軌，拋物鏡安裝在水平導(dǎo)軌上；面狀拋物鏡上設(shè)有入射孔與出射孔，入射孔與出射孔設(shè)有光纖耦合器；螺旋推進(jìn)器連接推動面狀拋物鏡直線運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特征是:上盤和底盤有剛性支架連連，四根剛性支架固定上下剛性底盤，可以固定上盤和底盤的相對運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特征是:水平導(dǎo)軌安裝有剛性夾具，剛性夾具固定拋物面鏡，使得拋物面鏡共軸移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特征是:剛性夾具上安裝螺旋推進(jìn)器，螺旋推進(jìn)器推動剛性夾具在導(dǎo)軌上運(yùn)動；螺旋推進(jìn)器上有粗調(diào)和微調(diào)兩種調(diào)節(jié)模式，推動拋物面鏡在導(dǎo)軌方向上直線運(yùn)動，微調(diào)旋鈕精確對焦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特征是:上盤水平導(dǎo)軌與底盤水平導(dǎo)軌分別有拋物鏡暗槽孔，面狀拋物鏡固定在暗槽孔處，實(shí)現(xiàn)拋物鏡的固定并呈對角分布。
6.據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于拋物鏡的開放式光學(xué)長程池，其特征是:一塊面狀拋物鏡上同時開設(shè)入射光束的入射孔與出射孔；入射孔安裝在拋物面鏡的下表面，并設(shè)有角度控制器，使得入射光束可以從一定角度范圍入射；出射孔和入射孔都安裝自聚焦透鏡與光纖耦合器，使得光束經(jīng)過耦合進(jìn)入光纖。
【文檔編號】G01N21/03GK103439261SQ201310443461
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】楊牧, 李再春, 劉偉, 向安 申請人:天津億利科能源科技發(fā)展股份有限公司