一种气体吸收池和气体浓度分析仪制造技术

本发明专利技术涉及一种气体吸收池及气体浓度分析仪。气体吸收池包括同焦距的主镜、端镜B、端镜C，主镜设在气体吸收池的一侧，端镜B、C设在另一侧，主镜上有入射口，以主镜面中心为对称中心取与入射口对称的位置为对称点，入射口和对称点之间的直线距离为H，H等分为2n份，端镜B和端镜C倾斜设置，使球心点B和球心点C与主镜面中心所在的水平线产生同向偏移，且与主镜面中心的水平距离分别为±1/4n×H；光束经入射口射入后，在主镜和端镜反射作用下形成2n个光斑，在第2n个光斑处或第2n‑2个光斑处设置折返镜，折返镜由两个平面反射镜构成。本发明专利技术的气体吸收池可检测浓度较低的气体浓度，准确度和灵敏度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种气体吸收池和气体浓度分析仪
本专利技术涉及光电检测领域，具体涉及一种气体吸收池，以及含有该气体吸收池的气体浓度分析仪。
技术介绍
根据比尔-朗伯定律(Beer-Lambertlaw)，一束单色光照射于吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就会减弱。吸收介质的浓度越大，介质的厚度越大，吸收光强度的减弱越显著，其变化关系符合公式：A＝K·c·L，其中，A为测量得到的光的吸光度；K为物质的吸收系数，为常数；c为待测物质的浓度；L为吸收介质的厚度，即为测量光程长度。在测量工业污染源或是环境空气质量时，污染气体的浓度往往是ppm或ppb级别的，而气体的吸收系数又较低，所以要想测量这么低的浓度，需要通过增加测量光程的方法来提高测量的灵敏度。为了提升气体吸收池的光程长度，JohnU.White设计了一种多次反射的气体吸收池，具有孔径角大、光程长等优点，在现代的气体分析仪中有广泛的应用。传统的White池由三面焦距相同的凹面镜构成，包括一个主镜和两个端镜，两个端镜的球心点对称的分布在主镜的镜面上，并且以主镜面中心为对称中心，通过调节焦点之间的距离就能够实现对气体吸收池光程长度的调节。一般来说，气体分析仪射出的光束为准直的平行光，通过与气体吸收池的耦合光路配合，光束汇聚后通过气体吸收池的入射孔入射到气体吸收池中，且汇聚光束的汇聚点应当与气体吸收池主镜面重合，光束在通过此处后开始发散，发散的光束再照射到端镜上，端镜经过汇聚，使光束汇聚到主镜上；汇聚后的光束再经过主镜的反射而发散，照射到另外一面端镜上，再经过汇聚后返回主镜。如此反复，实现光束在气体吸收池中的多次反射。这基于了光学的基本原理，近轴光束从两倍焦距出射后经过透镜或球面镜的汇聚，汇聚点为两倍焦距点。对于传统的White池而言，将入射口和出射口之间的距离等分为2n份，两个端镜的焦点分别位于距离主镜面中心为(±1/4n)处，入射光束经过两个端镜的反射后在主镜上的成像斑点位置以端镜球心点为对称点，分布在主镜上，且一共会有2n+1个成像斑点。通过不断的缩小端镜球心点与主镜面中心的距离，能够不断的增加光程长度。但是，由于成像光斑具有一定的大小，成像光斑的半径为r，当r＞1/4n时，成像光斑会出现重叠，第2n-1个成像光斑会与入射点的光斑重合，导致发生重叠的光束一部分通过入射口而发生损失。因此，气体吸收池的长度其实是有限的。为了突破成像光斑的r≥1/4n的限制，研究者发现，可以将端镜进行一定角度的倾斜，使端镜在主镜上的球心点的位置相对于传统的White池而言发生一定位置的偏移，同时，其它的位置关系保持不变。通过这样设置，可以使成像光斑的奇数排和偶数排分离形成双排光斑，从而将气体吸收池的光程长度提高一倍，在满足r≥1/8n的条件下，气体吸收池就可以有效工作。进而，可以实现在相同反射镜的条件下，使发射点数增加一倍，气体吸收池的光程长度增加一倍。一种显而易见的提升光程长度的方法为增加反射镜的焦距，使气体吸收池长度增加，从而在同样的反射次数下提升光程长度，但是，气体吸收池长度过大的话，会增大气体吸收池的体积，妨碍其应用范围。现有技术中还涉及一种技术方案，将气体吸收池的腔体设置为圆柱形，使得气体吸收池中气体的置换速度更快，从而提升速度和测量的准确性，但是主镜上光斑的分布只占据了整个圆形主镜面的一部分，并没有充分利用主镜的反射面。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种新型的气体吸收池，以及含有该气体吸收池的气体浓度分析仪，在不提升气体吸收池中反射镜焦距的条件下，充分利用了主镜的反射面，增加光程长度，使得该气体吸收池在用于检测更低浓度的气体时，具有更高的灵敏度。本专利技术提供了一种气体吸收池，包括具有相同焦距的主镜、端镜B和端镜C，所述主镜设置在所述气体吸收池的一侧，所述端镜B和所述端镜C设置在与所述主镜所在侧相对的一侧，所述主镜上设置有入射口和出射口，以所述主镜的主镜面中心为对称中心取与所述入射口对称的位置为对称点，所述入射口和所述对称点之间的直线距离为H，将H等分为2n份，所述端镜B和所述端镜C倾斜设置，使得所述端镜B的球心点B和所述端镜C的球心点C与所述主镜面中心所在的水平线产生同向偏移，所述球心点B和所述球心点C与所述主镜面中心的水平距离分别为±1/4n×H；光束经由所述入射口进入所述气体吸收池后，在所述主镜和所述端镜B、端镜C的反射作用下形成2n个光斑，该所述2n个光斑在主镜面上形成分离的双排光斑，在第2n个光斑处或第2n-2个光斑处设置有折返镜，所述折返镜由两个平面反射镜构成。作为本专利技术优选的实施方式，所述端镜B和所述端镜C之间的夹角θ＝H/(2n·R)，其中，所述R为所述主镜、端镜B、端镜C的球面半径。作为本专利技术优选的实施方式，构成所述折返镜的两个所述平面反射镜之间的夹角为(90°-0.5θ)。作为本专利技术优选的实施方式，在第4n、6n、8n……个光斑处还分别设置有第二折返镜、第三折返镜、第四折返镜…...，并且，所述折返镜、第二折返镜、第三折返镜、第四折返镜的夹角依次减小。作为本专利技术优选的实施方式，在第4n个光斑处还设置有第二折返镜，所述第二折返镜由两个夹角为(90°-θ)的所述平面反射镜构成。作为本专利技术优选的实施方式，在第6n个光斑处还设置有第三折返镜，所述第三折返镜由两个夹角为(90°-1.5θ)的所述平面反射镜构成。作为本专利技术优选的实施方式，所述折返镜设置在所述第2n个光斑处时，所述出射口位于第4n+1个光斑处。作为本专利技术优选的实施方式，所述折返镜设置在所述第2n-2个光斑处时，所述出射口位于第4n-3个光斑处。本专利技术还提供了一种气体浓度分析仪，包括光源、气体吸收池、探测器，所述光源设置在所述气体吸收池的入射口处，所述气体吸收池中为待测气体，所述探测器设置在所述气体吸收池的出射口处，所述气体吸收池为上述的气体吸收池。本专利技术提供的气体吸收池，通过在主镜的合适位置上增设折返镜，能够实现在不改变主镜和端镜的焦距的条件下，充分利用主镜的反射面，在气体吸收池的尺寸和体积相同的情况下，获得更长的光程长度，使得本专利技术的气体吸收池能够用于更低浓度气体的检测和分析，极大的提高了测量结果的准确度和灵敏度。并且，本专利技术中还可通过设置多面折返镜的方式，不断提升气体吸收池的光程长度，进一步提高测量结果的灵敏度。附图说明图1为本专利技术提供的气体吸收池的构造示意图。图2为本专利技术的气体吸收池中折返镜的构造示意图。图3为本专利技术的气体吸收池中主镜上的光斑分布示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。本专利技术的专利技术人在传统White的基础上，通过增设折返镜的方式，能够使得所制备的气体吸收池在其中凹面镜的焦距和距离不变的情况下，得到光程长度提升一倍甚至N倍的气体吸收池，如图1所示，为本专利技术提供的气体吸收池的基本构造示意图。由图1所示，本专利技术的气体吸收池由主镜A、端镜B、端镜C构成。其中，主镜A、端镜B、端镜C三个凹面反射镜具有相同的焦距f。其中，根据球面镜的基本原理：球面镜的半径R为焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体吸收池，包括具有相同焦距的主镜、端镜B和端镜C，所述主镜设置在所述气体吸收池的一侧，所述端镜B和所述端镜C设置在与所述主镜所在侧相对的一侧，其特征在于，所述主镜上设置有入射口和出射口，以所述主镜的主镜面中心为对称中心取与所述入射口对称的位置为对称点，所述入射口和所述对称点之间的直线距离为H，将H等分为2n份，所述端镜B和所述端镜C倾斜设置，使得所述端镜B的球心点B和所述端镜C的球心点C与所述主镜面中心所在的水平线产生同向偏移，所述球心点B和所述球心点C与所述主镜面中心的水平距离分别为±1/4n×H；光束经由所述入射口进入所述气体吸收池后，在所述主镜和所述端镜B、端镜C的反射作用下形成2n个光斑，该所述2n个光斑在主镜面上形成分离的双排光斑，在第2n个光斑处或第2n‑2个光斑处设置有折返镜，所述折返镜由两个平面反射镜构成。

【技术特征摘要】
1.一种气体吸收池，包括具有相同焦距的主镜、端镜B和端镜C，所述主镜设置在所述气体吸收池的一侧，所述端镜B和所述端镜C设置在与所述主镜所在侧相对的一侧，其特征在于，所述主镜上设置有入射口和出射口，以所述主镜的主镜面中心为对称中心取与所述入射口对称的位置为对称点，所述入射口和所述对称点之间的直线距离为H，将H等分为2n份，所述端镜B和所述端镜C倾斜设置，使得所述端镜B的球心点B和所述端镜C的球心点C与所述主镜面中心所在的水平线产生同向偏移，所述球心点B和所述球心点C与所述主镜面中心的水平距离分别为±1/4n×H；光束经由所述入射口进入所述气体吸收池后，在所述主镜和所述端镜B、端镜C的反射作用下形成2n个光斑，该所述2n个光斑在主镜面上形成分离的双排光斑，在第2n个光斑处或第2n-2个光斑处设置有折返镜，所述折返镜由两个平面反射镜构成。2.根据权利要求1所述的气体吸收池，其特征在于，所述端镜B和所述端镜C之间的夹角θ＝H/(2n·R)，其中，所述R为所述主镜、端镜B、端镜C的球面半径。3.根据权利要求2所述的气体吸收池，其特征在于，构成所述折返镜的两个所述平面反射镜之间的夹角为(90°-...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖小强，石磊，
申请(专利权)人：北京雪迪龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11