光器均工作在η λ Q、n λ 0/2或者η λ 0/4覆蓋的高反射率(本發(fā)明定義高反射率為反射率在0.9999以上)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，η為反射諧振腔7內(nèi)多層膜反射鏡的等效折射率，Aci為反射諧振腔7內(nèi)多層膜反射鏡的中心波長(zhǎng)；Ν個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡2的光束輸出均在同一平面A內(nèi)，垂直于旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸X且與選擇棱鏡4交于同一點(diǎn)P，N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡2均為反射鏡，反射鏡的反射率在98%以上，N —般為大于等于2的整數(shù)，優(yōu)選3和4。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2，然后經(jīng)選擇棱鏡4反射后，從P點(diǎn)沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸X入射準(zhǔn)直隔離器5。準(zhǔn)直隔離器5有兩個(gè)作用，其一為準(zhǔn)直作用，保證光束垂直通過(guò)模式匹配鏡6的中心，其二為隔離作用，切斷經(jīng)模式匹配鏡6反射回和透射回的光束通路，從而避免工作狀態(tài)的半導(dǎo)體激光器被損壞。光束從模式匹配鏡6出射后入射反射諧振腔7，反射諧振腔7由兩面以上的多層膜反射鏡組成，并可以通過(guò)微位移機(jī)構(gòu)(如壓電陶瓷)調(diào)整腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)諧振，反射諧振腔7內(nèi)的多層膜反射鏡的反射率要求很高，一般在0.9999以上，該多層膜反射鏡在基礎(chǔ)波長(zhǎng)η λ ^、基礎(chǔ)波長(zhǎng)η λ ^的半波長(zhǎng)η λ (/2及基礎(chǔ)波長(zhǎng)η λ ^的四分之一波長(zhǎng)η λ (/4處的反射率都在0.9999以上，如圖1所示。反射諧振腔7出射的光束入射光電探測(cè)器9，光電探測(cè)器9的響應(yīng)度對(duì)應(yīng)的波段與N個(gè)半導(dǎo)體激光器的工作波段相匹配，由于光電探測(cè)器9的響應(yīng)度對(duì)應(yīng)的波段較寬，所以一般采用一個(gè)光電探測(cè)器9就可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)N個(gè)半導(dǎo)體激光器的工作波段不能對(duì)應(yīng)一個(gè)光電探測(cè)器8時(shí)，可以采用多個(gè)光電探測(cè)器9并聯(lián)，并聯(lián)方式為現(xiàn)有技術(shù)，如通過(guò)光纖分束。光電探測(cè)器9將接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并經(jīng)光纖傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊10。數(shù)據(jù)處理模塊10對(duì)接收的光信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算氣體濃度。
[0031]本實(shí)施方式中，N為4，即半導(dǎo)體激光器包括第一半導(dǎo)體激光器1-1、第二半導(dǎo)體激光器1-2、第三半導(dǎo)體激光器1-3和第四半導(dǎo)體激光器1-4，4個(gè)半導(dǎo)體激光器沿圓周均勻分布。
[0032]本實(shí)施方式中，為便于裝置各部件的擺放，反射諧振腔7出射的光束先經(jīng)第二折轉(zhuǎn)鏡8折轉(zhuǎn)，再入射光電探測(cè)器9。
[0033]本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置的光路走向?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2，第一折轉(zhuǎn)鏡2將光束折轉(zhuǎn)入選擇棱鏡4的P點(diǎn)，然后光束經(jīng)選擇棱鏡4反射，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5和模式匹配鏡6耦合進(jìn)入反射諧振腔7，從反射諧振腔7出射后，經(jīng)第二折轉(zhuǎn)鏡8折轉(zhuǎn)后再入射光電探測(cè)器9，光電探測(cè)器9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10，數(shù)據(jù)處理模塊10對(duì)接收的電信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算各組份濃度。
[0034]本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置的工作過(guò)程為:反射諧振腔7抽滿待測(cè)氣體樣品，根據(jù)待分析的氣體組分的分子確定相應(yīng)特征吸收峰，進(jìn)而選擇工作波段在該范圍內(nèi)的激光器工作，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3，使選擇棱鏡4對(duì)準(zhǔn)選擇好的激光器，打開(kāi)激光器，測(cè)量一種氣體組分的濃度(根據(jù)需要選擇是否調(diào)節(jié)單個(gè)激光器的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)掃描功能)，一種氣體測(cè)量完成后，根據(jù)測(cè)量的下一種氣體組分的分子的特征吸收峰選擇切換激光器或者調(diào)節(jié)單個(gè)激光器波長(zhǎng)，當(dāng)多組分氣體中上一種測(cè)量分子的特征吸收峰與下一種測(cè)量分子的特征吸收峰的間距較大，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3切換不同的激光器，當(dāng)多組分氣體中上一種測(cè)量分子的特征吸收峰與下一種測(cè)量分子的特征吸收峰的間距較小時(shí)，可以調(diào)節(jié)單個(gè)激光器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.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(5)、模式匹配鏡￠)、反射諧振腔(7)、光電探測(cè)器(9)和數(shù)據(jù)處理模塊(10)，其特征在于， 還包括N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡(2)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)和選擇棱鏡(4)； 所述選擇棱鏡(4)固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上； 所述N個(gè)半導(dǎo)體激光器以旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)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(2) 對(duì)應(yīng)，每個(gè)半導(dǎo)體激光器工作在η λ r η λ/2或者η λ/4覆蓋的反射率在0.9999以上的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，η為反射諧振腔(8)內(nèi)多層膜反射鏡的等效折射率，Atl為反射諧振腔(7)內(nèi)多層膜反射鏡的中心波長(zhǎng)； 所述N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡(2)的輸出光束均在同一平面A內(nèi)，垂直于旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)的旋轉(zhuǎn)軸X且與選擇棱鏡(4)交于同一點(diǎn)P ; N為大于等于2的整數(shù)； 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(2)，然后經(jīng)選擇棱鏡(4)反射后，從P點(diǎn)沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)的旋轉(zhuǎn)軸X依次經(jīng)準(zhǔn)直隔離器(5)和模式匹配鏡(6)后進(jìn)入反射諧振腔(7)，從反射諧振腔(7)出射后，再入射光電探測(cè)器(9)，光電探測(cè)器(9)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(10)，數(shù)據(jù)處理模塊(10)對(duì)接收的電信號(hào)進(jìn)行分析。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置還包括第二折轉(zhuǎn)鏡(8)，光束經(jīng)反射諧振腔(7)后，先經(jīng)第二折轉(zhuǎn)鏡(8)折轉(zhuǎn)，再入射光電探測(cè)器(9)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述光電探測(cè)器(9)為多個(gè)，所有光電探測(cè)器(9)皆并聯(lián)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述N為3或4。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述N個(gè)半導(dǎo)體激光器沿圓周均勻分布。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡(2)均為反射鏡，反射率為98%以上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述選擇棱鏡(4)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)(3)的旋轉(zhuǎn)軸X成45度角。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)棱鏡式多組份痕量氣體濃度測(cè)量裝置，屬于吸收光譜法測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量裝置成本高、測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。本發(fā)明的裝置包括N個(gè)半導(dǎo)體激光器、N個(gè)第一折轉(zhuǎn)鏡、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、選擇棱鏡、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，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。該裝置成本低，便于光路保持、測(cè)量誤差小。
【IPC分類】G01N21/39
【公開(kāi)號(hào)】CN104897610
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510274348
【發(fā)明人】朱小明, 王曉東, 李丙玉
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日