一種實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式atr探頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠在探頭的側壁和頂端同時實現(xiàn)測量的光纖式衰減全反射(Attenuated Total Reflect1n,以下簡稱ATR)探頭，具體是一種用于光譜分析的，在探頭側壁和垂直于側壁的頂端都能進行光學測量的光纖式ATR探頭。
【背景技術】
[0002]光譜分析是一種用于表征材料特性的重要技術，通過測量材料在一段光頻譜內的吸收譜或透射譜，可以對材料特性進行定性或定量分析。傳統(tǒng)的光譜分析需要將樣品放入光譜分析儀的樣品室內進行測量，限制了應用場合。新型的光譜分析可以通過光纖將信號光從光譜儀的樣品室中引出，導入到特制的ATR探頭，當ATR探頭完成對樣品的測量后，信號光通過另一條光纖返回光譜儀中的探測器，得到樣品的頻譜數(shù)據(jù)。
[0003]目前已經(jīng)報道的光纖式ATR探頭主要采用以下幾種設計:
[0004]方法1:光信號從一條光纖發(fā)出，垂直射入一個直角錐晶體(即晶體的剖面是一個等腰直角三角型)的底面，然后在晶體內部以45度的入射角照射到一個晶體的側面，光束在側面發(fā)生全反射后照射到另一側的側面，再次發(fā)生全反射，最后返回到另一條光纖。直角錐晶體側面上的兩個全反射點即是該ATR探頭的兩個測量點。這種ATR探頭在測量固體樣品時，探頭必須與樣品表面呈45度夾角，以保證探頭前端的直角錐晶體上的至少一個測量點能夠與樣品接觸。因此，當探頭移動受限，例如位于直徑較小的管道內時，探頭無法傾斜也就無法測量管道內壁或頂端的光譜特性。
[0005]方法2:光信號從一條光纖發(fā)出，垂直射入梯形錐晶體(即晶體的剖面是一個等腰梯形)，光信號從梯形的長邊垂直入射，然后光束在晶體內部依次在晶體的側壁、頂端(即梯形的短邊)、側壁發(fā)生三次全反射，隨后光信號離開晶體返回另一條光纖。梯形錐晶體側面上有兩個全反射點，頂端有一個全反射點，這三個點即是該ATR探頭的測量點。這種ATR探頭在測量固體樣品時，或者將探頭前端的梯形錐晶體的頂端與樣品接觸進行測量，或者將探頭傾斜一定角度(通常為60度)使梯形錐晶體的側面與樣品接觸進行測量。與方法一的設計類似，當探頭移動受限，例如位于直徑較小的管道內時，該探頭可以測量管道頂端的光譜特性，但無法傾斜也就無法測量管道內壁的光譜特性。
[0006]總之，以上的設計在探頭移動受限的場合，探頭前端晶體上的測量點無法與樣品接觸，所以無法對樣品進行測量。因此，需要一種裝置能夠在探頭移動受限的場合，能夠同時在探頭的側壁和前端進行測量的光纖式ATR探頭。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供能夠同時在側壁和前端進行測量的光纖式ATR探頭。該探頭結構簡單且性能穩(wěn)定可靠。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明的技術解決方案是:
[0009]—種實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭，其特點在于，包括用于耦合光信號的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡、提供ATR測量的ATR晶體和殼體；
[0010]所述的ATR晶體是一個圓柱形晶體，其側剖面為直角梯形，所述的殼體是具有中心圓形通孔的圓柱體，其前端具有和所述的ATR晶體的梯形斜邊相同的傾角，使ATR晶體的斜邊與殼體前端緊密接觸，并封裝在殼體內；
[0011]所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡封裝在殼體內部，使光信號從所述的輸入光纖發(fā)出，經(jīng)所述的輸入透鏡入射到所述的ATR晶體的梯形斜邊，經(jīng)梯形斜邊折射后入射到該ATR晶體的梯形下底邊，經(jīng)梯形下底邊全反射后再入射到該ATR晶體的梯形直角邊，經(jīng)梯形直角邊全反射后再入射到梯形斜邊，經(jīng)該梯形斜邊折射后入射到所述的輸出透鏡，經(jīng)輸出透鏡匯聚后射入所述的輸出光纖。
[0012]所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡與所述的工作頻帶需相匹配。
[0013]所述的殼體的斜邊與ATR晶體的梯形斜邊通過殼體內側的螺紋或螺絲或膠水等固定。
[0014]所述的殼體是金屬或其他具有較高硬度的材料。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0016]在諸如管道內部等探頭移動受限的場合，能夠同時在探頭的側壁和前端進行測量；光纖、透鏡和ATR晶體涉及的光路被保護在殼體或ATR晶體內，隔絕了外界灰塵、水汽等對探頭使用壽命的影響，保證長期使用的可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭的側剖面示意圖。
[0018]圖中:1_輸入光纖，2-輸出光纖，3-殼體，4-輸入透鏡，5-光束，6-ATR晶體，7-輸出透鏡。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0020]請參閱圖1，圖1是本發(fā)明實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭的側剖面示意圖，如圖所示，光信號從輸入光纖I中發(fā)出，經(jīng)過輸入透鏡4變?yōu)闇手惫馐馐丈涞紸TR晶體6的梯形斜邊后進入ATR晶體6，光束5表示了光束在ATR晶體內部的路徑，分別經(jīng)歷了一次斜邊處的折射、一次梯形下底邊的全反射、一次梯形直角邊的全反射和再一次的梯形斜邊處的折射，光束離開ATR晶體后，經(jīng)過輸出透鏡7的匯聚進入輸出光纖2，殼體3前端與ATR晶體6的斜邊固定，輸入光纖1、輸出光纖2、輸入透鏡4和輸出透鏡7在殼體3內部。本實施例中，輸入光纖I和輸出光纖2為工作波長在5-10微米的中紅外光纖，輸入透鏡4和輸出透鏡7為ZnSe晶體，ATR晶體6為ZnSe晶體，殼體3為不銹鋼材料，輸入光纖1、輸出光纖2、輸入透鏡4、輸出透鏡7和ATR晶體6均通過膠水與殼體3固定，膠水選用受熱固化的環(huán)氧樹脂膠。
【主權項】
1.一種實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭，其特征在于，包括用于耦合光信號的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡、提供ATR測量的ATR晶體和殼體； 所述的ATR晶體是一個圓柱形晶體，其側剖面為直角梯形，所述的殼體是具有中心圓形通孔的圓柱體，其前端具有和所述的ATR晶體的梯形斜邊相同的傾角，使ATR晶體的斜邊與殼體前端緊密接觸，并封裝在殼體內； 所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡封裝在殼體內部，使光信號從所述的輸入光纖發(fā)出，經(jīng)所述的輸入透鏡入射到所述的ATR晶體的梯形斜邊，經(jīng)梯形斜邊折射后入射到該ATR晶體的梯形下底邊，經(jīng)梯形下底邊全反射后再入射到該ATR晶體的梯形直角邊，經(jīng)梯形直角邊全反射后再入射到梯形斜邊，經(jīng)該梯形斜邊折射后入射到所述的輸出透鏡，經(jīng)輸出透鏡匯聚后射入所述的輸出光纖。2.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭，其特征在于，所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡與所述的工作頻帶需相匹配。3.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭，其特征在于，所述的殼體的斜邊與ATR晶體的梯形斜邊通過殼體內側的螺紋或螺絲或膠水等固定。4.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭，其特征在于，所述的殼體是金屬或其他具有較高硬度的材料。
【專利摘要】一種實現(xiàn)探頭側壁和頂端同時測量的光纖式ATR探頭，包括用于耦合光信號的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡、提供ATR測量的ATR晶體和殼體；所述的ATR晶體是一個圓柱形晶體，其側剖面為直角梯形，所述的殼體是具有中心圓形通孔的圓柱體，其前端具有和所述的ATR晶體的梯形斜邊相同的傾角，使ATR晶體的斜邊與殼體前端緊密接觸，并封裝在殼體內；所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡封裝在殼體內部。本發(fā)明可以在諸如管道內部等探頭移動受限的場合，實現(xiàn)探頭的側壁和前端測量，且隔絕了外界灰塵、水汽等對探頭使用壽命的影響，保證長期使用的可靠性。
【IPC分類】G01N21/25
【公開號】CN105424610
【申請?zhí)枴緾N201510759532
【發(fā)明人】吳侃, 陳建平
【申請人】上海交通大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月10日