紧耦合的分析器制造技术

一种激光检测系统包括样品室，其被配置成接收和容纳一定体积的样品气体；位于至少一个激光器壳体内的一个或多个激光器，其中每个激光器被配置成产生用于激励所述样品气体中的一个或多种不同材料的各自激光束，并且所述一个或多个激光器位于所述样品室外部；用于检测从所述样品室输出的光的检测器装置；所述样品室的第一光学界面，其具有至少一个窗，所述至少一个窗对于来自一个或多个激光器的激光束至少部分地透明，其中所述至少一个激光器壳体定位成相对于所述第一光学界面的至少一个窗成紧耦合布置，使得在使用中，所述激光束基本上不被所述激光器壳体和所述至少一个窗之间的通路改变。

【技术实现步骤摘要】
紧耦合的分析器
本专利技术涉及一种激光检测系统，用于检测特定气体的存在或含量，例如一种基于激光吸收的光谱进行气体分析的系统。
技术介绍
测量气体纯度对于气体制造商来说是必需的。纯度测量允许要被出售的气体达到一定的品质。如果制造的任何气体达不到制造商设定的品质要求，那么这些气体可能被废弃，例如点燃。因此，为了避免废弃，纯度测量是可靠的，这是很重要的。连续排放物监测设备需求大增，用以监测不同工业地点的工业污染排放，例如发电站、加工业工厂和商业水运设备。对提高效率、健康和安全考虑及立法需要等要求也增加了。立法需要常常包括了对一系列多种发射的化合物进行测量，例如：二氧化硫、氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水和氧气。已知的气体分析系统对单一化合物或少数化合物敏感。为了使用已知的系统涵盖多种化合物，必需安装几种不同的连续排放物监测设备，这可能是低效的、复杂的并且占用显著数量的空间。已知的气体分析系统还包括一个或多个光学元件，例如一个或多个赫里奥特元件，用于容纳待分析的气体样品，并且激光束穿过赫里奥特元件以便与气体样品相互作用。光学元件和其它光学部件的布置影响了气体分析系统的几何形状和尺寸，并且为了使系统紧凑，例如能够使所述系统容纳在紧凑的、可运输的壳体中，重要的是提供所述光学元件和其它光学部件的适当布置。已知的气体分析系统可能存在因大气产生潜在的交叉干扰的风险。当正在测量的典型杂质包括空气中的化合物时，特别是试图测量这些杂质的含量低于大气中发现的水平时，这就成了一个问题。大气中能够发现的杂质包括但不限于甲烷、水和二氧化碳。使用干氮气的净化系统可以用于改变围绕气体检测器的体积中的大气。备选地，化学清洗也能够用于解决这个问题，例如二氧化碳和/或氧气洗涤器。这两种方案难以设计和难以依靠使用例如干氮气或仪表气源。还存在其它方法。这些方法都包括使用考虑了交叉干扰效应的分析软件。然而，背景可能是多变的，因而限制这种方法。另外，如果来自激光器的光经受了显著的干扰，它可能在到达光学元件前降级，产生减弱的且不可靠的测量。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种激光检测系统，所述激光检测系统包括：样品室，所述样品室被配置成接收和容纳一定体积的样品气体；位于至少一个激光器壳体内的一个或多个激光器，其中每个激光器被配置成产生用于激励所述样品气体中的一个或多种不同材料的各自激光束并且所述一个或多个激光器位于所述样品室外侧；用于检测从所述样品室输出的光的检测器；通到所述样品室的第一光学界面，其具有至少一个窗，所述至少一个窗对于来自一个或多个激光器的激光束至少部分地透明，其中所述至少一个激光器壳体定位成相对于所述第一光学界面的至少一个窗成紧耦合布置，使得在使用中，所述激光束基本上不被所述激光器壳体和所述至少一个窗之间的通路改变。所述样品室可包括光学元件。所述光学元件可被配置成执行样品气体的接收和容纳。所述材料可包括任何合适的化合物，例如任何合适的气体化合物。所述紧耦合布置可以是使得在工作中，所述激光束基本上不被存在于激光器壳体和至少一个窗之间的气体吸收。例如，所述激光束的强度可以被所述激光器壳体和至少一个窗之间的通路减小小于1％，可选地小于0.1％。所述激光器壳体和至少一个窗之间的间隔可以每个激光束在所述壳体内的路径长度的小于1％，可选地小于0.1％。所述系统进一步包括第二光学界面，所述第二光学界面具有通到所述样品室的至少一个窗，所述至少一个窗对于从所述样品室输出的光是至少部分地透明的，其中所述检测器装置与所述第二光学界面布置成紧耦合布置，使得在使用中，所述激光束基本上不被从所述样品室的出口到所述第二光学界面的至少一个窗的通路改变。所述样品室可以被密封和/或所述系统可以包括用于控制所述样品室的压力和/或气体含量的装置。每个激光器壳体可以被密封和/或可以处于真空下或者可以包含选择的气体和/或处于选择的压力。所述检测器装置可以包括壳体和下述中的至少一个：所述检测器装置的壳体可以被密封和/或可以处于真空下或者可以包含选择的气体和/或处于选择的压力。所述紧耦合布置可以是使得下述中的至少一个：所述第二光学界面的至少一个窗和所述检测器之间存在小于10mm，可选地小于5mm，可选地小于1mm的间距。所述激光器壳体的至少一个输出孔和所述第一光学界面的至少一个窗之间存在小于10mm，可选地小于5mm，可选地小于1mm的间距；所述第二光学界面的至少一个窗和所述检测器之间存在小于10mm，可选地小于5mm，可选地小于1mm的间距。所述至少一个激光器壳体的至少一个孔包括所述激光束在工作中穿过的至少一个窗，并且所述至少一个激光器壳体的至少一个窗与所述第一光学界面的至少一个窗直接接触；所述第二光学界面的至少一个窗与所述探测器装置直接接触。所述至少一个激光器壳体可以包括出口孔，各自激光束通过所述出口孔离开激光器，并且在紧耦合布置时，每个激光器出口孔可以与所述窗或所述第一光学界面的窗中的相应一个直接接触，或者距离所述窗或所述第一光学界面的窗中的相应一个小于1mm的间距。所述检测器装置可以包括壳体，所述壳体具有入口孔，用于从样品室输出的光的通路，并且在紧耦合布置时，所述检测器入口孔可以与所述窗或所述第二光学界面的窗中的相应一个直接接触，或者距离所述窗或所述第二光学界面的窗中的相应一个小于1mm的间距。所述系统可以还包括至少一个耦合器件，所述耦合器件被配置成将所述至少一个激光器壳体保持成所述紧耦合布置。所述第一光学界面的至少一个窗可以包括一个或多个平坦的或楔形的光学窗，其中每个窗都与各自至少一个激光器相关联。所述系统可以包括至少一个准直透镜，所述准直透镜与所述窗或者所述第一光学界面的至少一个窗相关联。所述系统可以还包括至少一个引导装置，所述引导装置位于所述样品室内侧并被配置成引导激光束穿过所述一个或多个窗到达所述样品室中的光学元件，其中所述至少一个引导装置可以配置成沿着共同光学路径将所述激光束引导到所述光学元件。所述样品室内部的至少一个引导装置可以包括多个光学部件，所述光学部件布置成使得对于每个激光束，所述光学部件中的相应的至少一个被布置成沿着共同的光学路径引导所述激光束。所述多个光学部件可以大致布置在一条直线上；所述光学部件中的至少一个可以包括平坦的或非楔形的光学部件。每个所述激光器和相关窗可以布置成，使得在工作中，每个所述激光器将它的激光束在大致正交于所述直线的方向上传送到它的对应的至少一个所述光学部件。多个光学部件可以包括至少一个部分反射镜和/或至少一个分色镜。所述光学部件可以串联布置，并且可以配置成在工作中，每个光学部件引导来自它的相关激光器的激光束以加入所述共同光学路径，并且引导或者允许激光束从串联的在前光学部件沿着所述共同光学路径通过。每个所述光学部件可以是至少部分反射的和至少部分透射的。所述至少一个引导装置可以包括所述多个光学部件中的最后一个和所述光学元件之间的转向光学系统，并且被配置成将所述激光束引导到所述光学元件中。所述检测器装置可以包括一个或多个检测器，每个检测器都被配置成检测相应波长或波长范围的辐射。所述第二光学界面的至少一个窗可以包括一个或多个平坦的或楔形的光学窗，其中每个窗都与各自至少一个激光器相关联。所述系统可以包括在样品室内部位于所述光学元件和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光检测系统，包括：样品室，所述样品室被配置成接收和容纳一定体积的样品气体；位于至少一个激光器壳体内的一个或多个激光器，其中每个激光器都被配置成产生用于激励样品气体中的一种或多种不同材料的各自激光束，并且所述一个或多个激光器位于所述样品室外部；检测器装置，所述检测器装置用于检测从所述样品室输出的光；第一光学界面，所述第一光学界面具有通到所述样品室的至少一个窗，所述至少一个窗对于来自所述一个或多个激光器的激光束是至少部分地透明的，其中所述至少一个激光器壳体相对于第一光学界面的至少一个窗定位成紧耦合布置，使得在使用中，所述激光束基本上不被所述激光器壳体和至少一个窗之间的通路改变。

【技术特征摘要】
2017.01.19 GB 1700905.11.一种激光检测系统，包括：样品室，所述样品室被配置成接收和容纳一定体积的样品气体；位于至少一个激光器壳体内的一个或多个激光器，其中每个激光器都被配置成产生用于激励样品气体中的一种或多种不同材料的各自激光束，并且所述一个或多个激光器位于所述样品室外部；检测器装置，所述检测器装置用于检测从所述样品室输出的光；第一光学界面，所述第一光学界面具有通到所述样品室的至少一个窗，所述至少一个窗对于来自所述一个或多个激光器的激光束是至少部分地透明的，其中所述至少一个激光器壳体相对于第一光学界面的至少一个窗定位成紧耦合布置，使得在使用中，所述激光束基本上不被所述激光器壳体和至少一个窗之间的通路改变。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第二光学界面，所述第二光学界面具有通到所述样品室的至少一个窗，所述至少一个窗对于从所述样品室输出的光是至少部分地透明的，其中所述检测器装置与所述第二光学界面布置成紧耦合布置，使得在使用中，所述激光束基本上不被从所述第二光学界面的至少一个窗到所述检测器装置的通路改变。3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述紧耦合布置是使得下列中的至少一个：所述激光器壳体的至少一个输出孔和所述第一光学界面的至少一个窗之间存在小于10mm，可选地小于5mm，可选地小于1mm的间距；所述第二光学界面的至少一个窗和所述检测器装置之间存在小于10mm，可选地小于5mm，可选地小于1mm的间距。4.根据权利要求3所述的系统，其中下列中的至少一个：所述至少一个激光器壳体的至少一个孔包括在工作中所述激光束穿过的至少一个窗，并且所述至少一个激光器壳体的至少一个窗与所述第一光学界面的至少一个窗直接接触；所述第二光学界面的至少一个窗与所述探测器装置直接接触。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括至少一个耦合器件，所述耦合器件被配置成将所述至少一个激光器壳体保持成所述紧耦合布置。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一光学界面的至少一个窗包括一个或多个平坦的或楔形的光学窗，其中每个窗都与各自至少一个激光器相关联。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括至少一个准直透镜，所述准直透镜与所述窗或者所述第一光学界面的至少一个窗相关联。8.根据权利要求6或7所述的系统，进一步包括至少一个引导装置，所述至少一个引导装置位于所述样品室内部，并被配置成引导激光束穿过所述一个或多个窗到达所述样品室中的光学元件，其中所述至少一个引导装置被配置成将所述激光束沿着共同光学路径引导到所述光学元件。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述样品室内部的至少一个引导装置包括多个光学部件，所述光学部件布置成使得对于每个激光束，光学部件中的相应的至少一个被布置成沿着共同的光学路径引导所述激光束。10.根据权利要求9所述的系统，其中下列中的至少一个：所述多个光学部件大致布置在一条直线上；所述光学部件中的至少一个包括平坦的或非楔形的光学部件。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述窗和/或多个光学部件中的每个都具有在0.1mm到1mm范围内的厚度。12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括：控制器，所述控制器被配置成控制所述一个或多个激光器的工作，使得所述激光束是按时间交错的脉冲激光束。13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述样品气体包括乙烯、氢气、氮气或者天然气中的至少一种。14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述多种材料包括二氧化碳、一氧化碳、水、甲烷和氨气中的至少一种。15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述多种材料包括水、甲醇、氨气、乙炔、氧气、氟化氢、...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·布莱克，鲁斯·林德利，伊恩·豪伊森，斯蒂芬·瓦德冉，
申请(专利权)人：卡斯卡德技术控股有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB