一種旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于吸收光譜法測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)光譜吸收理論，每一種分子都有對(duì)應(yīng)的多個(gè)特征吸收峰，在特征吸收峰附近，分子吸收比較強(qiáng)。不同的分子由于組分和結(jié)構(gòu)差異，其轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)和電子光譜也有區(qū)別，導(dǎo)致不同氣體的特征吸收峰的分布不盡相同，而且同一氣體不同特征峰之間的吸收強(qiáng)度也有很大差別。光譜吸收理論正是基于特征峰之間的分布差異來探測(cè)不同氣體的濃度。
[0003]半導(dǎo)體激光器由于其波長能在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，非常適合光譜吸收技術(shù)。一方面可以在特征吸收峰值范圍內(nèi)測(cè)量不同波長處的吸收強(qiáng)度來擬合測(cè)量中的誤差；另一方面可以測(cè)量幾個(gè)相距較近的特征峰的吸收，從而實(shí)現(xiàn)多組分測(cè)量。但是半導(dǎo)體激光器由于通過電流和溫度變化改變激光器中的布拉格光柵晶格間距的辦法來調(diào)節(jié)波長的，晶格間距通常變化幅度很小，導(dǎo)致激光器可調(diào)節(jié)的波長范圍很小，一般為5-20nm。這么小的范圍是不能滿足大多數(shù)多組分氣體濃度的探測(cè)需求的。當(dāng)多組分氣體中幾種分子的特征吸收峰的間距較大，單一半導(dǎo)體激光器的小調(diào)節(jié)波長范圍更不能滿足多組分氣體濃度的探測(cè)需求。
[0004]另外，光譜吸收技術(shù)中，為提高干凈背景中待測(cè)氣體的探測(cè)精度有兩種辦法可行，一是選擇工作在吸收強(qiáng)烈的特征吸收峰處，二是增加吸收距離。由于當(dāng)選定待測(cè)氣體后其特征吸收峰就固定了，而要選擇一個(gè)背景較為干凈的特征峰就更為不易，往往不能滿足吸收強(qiáng)烈的要求，所以需要采用增加吸收距離以提高探測(cè)精度。
[0005]基于上述兩點(diǎn)考慮，現(xiàn)有技術(shù)中的多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置由一般由多個(gè)半導(dǎo)體激光器、多個(gè)準(zhǔn)直隔離器、多個(gè)模式匹配鏡、多個(gè)反射諧振腔、多個(gè)折轉(zhuǎn)鏡、光電探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理模塊，每個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光束依次經(jīng)一個(gè)準(zhǔn)直隔離器、一個(gè)模式匹配鏡、一個(gè)反射諧振腔、一個(gè)折轉(zhuǎn)鏡后入射光電探測(cè)器，經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行光譜分析。但是，一方面，由于反射諧振腔所使用的高反射率的反射鏡(反射率一般在0.9999以上)和微位移機(jī)構(gòu)價(jià)格昂貴，所以造成裝置成本高，另一方面，由于多個(gè)反射諧振腔分別抽樣，容易引起測(cè)量誤差，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置成本高、測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，提供一種旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下。
[0008]旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，包括N個(gè)半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直隔離器、模式匹配鏡、反射諧振腔、光電探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于，
[0009]還包括N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和選擇棱鏡；
[0010]所述選擇棱鏡固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上；
[0011]所述N個(gè)半導(dǎo)體激光器以旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸X為中心分布于同一圓周上，半導(dǎo)體激光器與第一折轉(zhuǎn)鏡對(duì)應(yīng)，每個(gè)半導(dǎo)體激光器工作在η λ P η λ ^2或者η λ 覆蓋的反射率在0.9999以上的波長范圍內(nèi)，η為反射諧振腔內(nèi)多層膜反射鏡的等效折射率，λ。為反射諧振腔內(nèi)多層膜反射鏡的中心波長；
[0012]所述N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡的輸出光束均在同一平面A內(nèi)，垂直于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸X且與選擇棱鏡交于同一點(diǎn)P ；
[0013]N為大于等于2的整數(shù)；
[0014]所述裝置的光路走向?yàn)?每個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光束先經(jīng)光纖傳輸至相對(duì)應(yīng)的第一折轉(zhuǎn)鏡，然后經(jīng)選擇棱鏡反射后，從P點(diǎn)沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸X依次經(jīng)準(zhǔn)直隔離器和模式匹配鏡后進(jìn)入反射諧振腔，從反射諧振腔出射后，再入射光電探測(cè)器，光電探測(cè)器將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收的電信號(hào)進(jìn)行分析。
[0015]進(jìn)一步的，所述裝置還包括第二折轉(zhuǎn)鏡，光束經(jīng)反射諧振腔后，先經(jīng)第二折轉(zhuǎn)鏡折轉(zhuǎn)，再入射光電探測(cè)器。
[0016]進(jìn)一步的，所述光電探測(cè)器為多個(gè)，所有光電探測(cè)器皆并聯(lián)。
[0017]進(jìn)一步的，所述N為3或4。
[0018]進(jìn)一步的，所述N個(gè)半導(dǎo)體激光器沿圓周均勻分布。
[0019]進(jìn)一步的，所述N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡均為反射鏡，反射率為98%以上。
[0020]進(jìn)一步的，所述選擇棱鏡由固定座和平面反射鏡組成，所述固定座固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述平面反射鏡的反射率為98%以上且固定在固定坐上，平面反射鏡與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸X成45度角。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器，通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)選擇棱鏡旋轉(zhuǎn)，切換不同的激光器的方式，測(cè)量特征吸收峰的間距較遠(yuǎn)的幾種分子，也可通過調(diào)節(jié)單一的激光器，測(cè)量特征吸收峰相距較近的幾種分子，或者擬合一個(gè)特征吸收峰值范圍中的測(cè)量誤差，獲取各組份氣體濃度，拓展了裝置的探測(cè)范圍；
[0023]2、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置折反鏡和選擇透鏡均為高反射鏡，能量利用率接近100% ；
[0024]3、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置將多個(gè)半導(dǎo)體激光器通過一個(gè)反射諧振腔增加吸收距離，既降低了設(shè)備成本，又保證了一次抽樣就能獲取多種氣體組份的濃度，避免了氣體流動(dòng)等因素帶來的采樣誤差。
【附圖說明】
[0025]圖1為反射諧振腔內(nèi)多層膜反射鏡的反射率隨波長變化曲線；
[0026]圖2為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置的半導(dǎo)體激光器的分布示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中，1_1、第一半導(dǎo)體激光器，1-2、第二半導(dǎo)體激光器，1-3、第三半導(dǎo)體激光器，1-4、第四半導(dǎo)體激光器，2、第一折轉(zhuǎn)鏡，3、旋轉(zhuǎn)臺(tái)，4、選擇棱鏡，5、準(zhǔn)直隔離器，6、模式匹配鏡，7、反射諧振腔，8、第二折轉(zhuǎn)鏡，9、光電探測(cè)器，10、數(shù)據(jù)處理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0030]如圖2-3所示，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，主要包括:N個(gè)半導(dǎo)體激光器、N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡2、旋轉(zhuǎn)臺(tái)3、選擇棱鏡4、準(zhǔn)直隔離器5、模式匹配鏡6、反射諧振腔7、第二折轉(zhuǎn)鏡8、光電探測(cè)器9和數(shù)據(jù)處理模塊10。其中，選擇棱鏡4固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上，隨旋轉(zhuǎn)臺(tái)3 —起旋轉(zhuǎn)，選擇棱鏡4可以由固定座和平面反射鏡組成，固定座固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，平面反射鏡的反射率為98%以上且固定在固定坐上，平面反射鏡與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸X成45度角。N個(gè)半導(dǎo)體激光器與N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡2 —一對(duì)應(yīng)，N個(gè)半導(dǎo)體激光器以旋轉(zhuǎn)臺(tái)4的旋轉(zhuǎn)軸X為中心均勻分布于同一圓周上，N個(gè)半導(dǎo)體激光器的工作波段可以在同一段高反射率波段也可以在不同段高反射率波段，依據(jù)實(shí)際需要設(shè)置即可，為保證能通過同一個(gè)反射諧振腔7增加吸收距離，N個(gè)半導(dǎo)體激