确定在多反气室内形成线形光斑的方法、确定在多反气室内测试多种气体的方法及多反气室技术

本发明专利技术公开了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，包括：设定第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；针对相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过两个反射镜的中心对称轴上，以便在反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，并根据光学模型确定光线在多反气室内的路径；选择反射次数在预定反射次数范围内、且在线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取相应的第一线形光斑图案；生成候选路径集合和候选线形光斑图案集合。此外，本发明专利技术还公开了确定在多反气室内测试多种气体的方法和多反气室。

【技术实现步骤摘要】
确定在多反气室内形成线形光斑的方法、确定在多反气室内测试多种气体的方法及多反气室
本专利技术涉及光谱探测
，尤其涉及一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法、确定在多反气室内测试多种气体的方法、多反气室及计算设备。
技术介绍
光学多反气室已被广泛应用于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术中，可以在相对较小的体积内实现较长的光程，进而提高探测灵敏度，降低检测极限。光学多反气室需要对气室内的反射镜进行精细的调节，以保证光束通过入射孔进入多反气室内，并在特定的来回反射次数后，从出射孔射出。根据Lambert-Beer定律，增加光和样品的作用距离，能增大吸收信号的幅度，从而能有效提高光谱探测灵敏度，多次反射是实现长光程的有效途径。在科研、环保、煤矿瓦斯监控等领域，用光谱吸收法分析、检测微量气体，如甲烷、一氧化碳、氧气等。现有技术中，常用的多反气室有：White气室、Herriott气室、Chernin气室、离散镜气室、和环形气室。其中，White型多反气室可以实现光束在多反气室内的多次反射，但是其设计本身存在一些缺点，如体积过大，稳定性差，镜面有效利用率低等，限制了White气室的应用范围。Chernin型多反气室是在White型多反气室基础上改进的光学多反气室，可以根据需要随时改变吸收光程，但是其结构复杂，体积较大，限制了其在小型化仪器需求中的应用。Herriott气室由两片相同的球面反射镜共轴对称构成，光线在反射镜上的反射光斑呈现单一的圆形或椭圆形图案，导致对腔镜面积的利用率不高。离散镜多反气室克服了Herriott型多反气室的缺点，提升了腔镜面积的利用率，可在镜面上形成李萨如图形的光斑分布，但是离散镜片的加工成本较高，成品率低。环形气室由单一圆环状反射镜构成，通过调节光线的入射角度可以改变气室的有效光程，但是对于入射角度的精度要求非常高。现有技术中的多反气室的体积普遍大于100cm3，体积较大，对气体的检测速度较慢。而且，上述多反气室一般只能实现对一种气体的检测，无法实现多组分气体的同时测量。为此，需要一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，以便设计的多反气室体积更小，并实现对多种气体的同步检测。
技术实现思路
为此，本专利技术提供了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，以解决或至少缓解上面存在的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括第一反射镜和第二反射镜，光线适于从所述第一反射镜射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后射出，且光线适于在所述反射镜上形成多个光斑；所述方法包括：确定所述第一反射镜、第二反射镜的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型，以便根据所述光学模型确定光线在多反气室内的路径，所述路径信息包括光线在第一反射镜和第二反射镜之间的反射次数以及光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑；设定所述第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；针对所述相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上，以便在所述反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，根据所述光学模型确定该条件下光线在多反气室内的路径；选择所述反射次数在预定反射次数范围内、且在所述线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取所述第一候选路径对应的第一线形光斑图案；以及为所述相对距离范围内的所有第一候选路径生成候选路径集合，并根据所述候选路径集合中每一个候选路径对应的线形光斑图案生成候选线形光斑图案集合。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述初始入射点坐标位于所述反射镜的中心线上，为所述相对距离范围内的所有候选路径生成候选路径集合的步骤包括：确定所述第一线形光斑图案绕所述反射镜的中心旋转预定角度后形成的第二线形光斑图案，并根据所述光学模型确定与所述第二线形光斑图案相对应的光线路径，作为第二候选路径；为所述相对距离范围内的所有第一候选路径和第二候选路径生成候选路径集合。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射的步骤包括：设定光线的第一初始入射点坐标，基于预定坐标差值构建初始入射点坐标数组，其中，所述初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标在预定入射点坐标区间内；基于初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标，分别构建相应的初始入射角度数组；设定光线分别以初始入射点坐标数组中的每一个初始入射点坐标、以及与初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组中的每一个初始入射角度入射。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述路径信息包括光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的每个光斑的坐标，所述方法还包括步骤：从所述候选路径集合中选取预定数量的候选路径作为选定路径，其中，每个选定路径对应的光斑的坐标与所有选定路径的初始入射点坐标均不相同。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述路径信息包括光线的出射点坐标；所述选择候选路径的步骤包括：选择所述反射次数在预定反射次数范围内、在所述光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围、且出射点坐标与所述预定初始入射点坐标相同的路径作为所述候选路径。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，第一反射镜和第二反射镜为球面镜，所述光学模型为基于所述入射光线以及所述第一反射镜和第二反射镜所在的球面建立的直线与圆相交的方程，以及所述确定光线路径的步骤包括：基于从第一反射镜入射的本次入射光线的入射点坐标、入射角度、以及所述圆方程，计算本次入射光线与所述第二反射镜的本次交点坐标，并确定经所述第二反射镜反射后的本次反射光线的反射角度；将本次反射光线作为从第二反射镜入射的下一次入射光线，将所述本次交点坐标和本次反射光线的反射角度分别作为从第二反射镜入射的下一次入射光线的入射点坐标和入射角度；基于所述下一次入射光线的入射点坐标和入射角度以及所述圆方程，计算下一次入射光线与所述第一反射镜的下一次交点坐标，并确定经所述第一反射镜反射后的下一次反射光线的反射角度；在确定光线通过所述反射镜射出后，基于所确定的多个交点坐标确定光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述预定入射点坐标区间小于所述反射镜的镜面区域对应的坐标区间。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述反射镜的正面投影形状为矩形，所述矩形的高度范围为20～120mm,宽度范围为5～120mm。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成线形光斑的方法中，所述相对距离d的范围为d≤2R，其中，R为所述第一反射镜和第二反射镜的曲率半径。可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括第一反射镜和第二反射镜，光线适于从所述第一反射镜射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后射出，且光线适于在所述反射镜上形成多个光斑；所述方法包括：/n确定所述第一反射镜、第二反射镜的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型，以便根据所述光学模型确定光线在多反气室内的路径，所述路径信息包括光线在第一反射镜和第二反射镜之间的反射次数以及光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑；/n设定所述第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；/n针对所述相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上，以便在所述反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，根据所述光学模型确定该条件下光线在多反气室内的路径；/n选择所述反射次数在预定反射次数范围内、且在所述线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取所述第一候选路径对应的第一线形光斑图案；以及/n为所述相对距离范围内的所有第一候选路径生成候选路径集合，并根据所述候选路径集合中每一个候选路径对应的线形光斑图案生成候选线形光斑图案集合。/n...

【技术特征摘要】
1.一种确定在多反气室内形成线形光斑的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括第一反射镜和第二反射镜，光线适于从所述第一反射镜射入多反气室内，并在所述第一反射镜与第二反射镜之间进行多次反射后射出，且光线适于在所述反射镜上形成多个光斑；所述方法包括：
确定所述第一反射镜、第二反射镜的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型，以便根据所述光学模型确定光线在多反气室内的路径，所述路径信息包括光线在第一反射镜和第二反射镜之间的反射次数以及光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的多个光斑；
设定所述第一反射镜与第二反射镜的相对距离范围，并基于预定距离间隔构建相对距离数组；
针对所述相对距离数组中的每一个相对距离值，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射，并设定入射光线经过所述第一反射镜与第二反射镜的中心对称轴上，以便在所述反射镜上形成的多个光斑构成线形光斑图案，根据所述光学模型确定该条件下光线在多反气室内的路径；
选择所述反射次数在预定反射次数范围内、且在所述线形光斑图案中光斑间距在预定光斑间距范围的路径作为第一候选路径，并获取所述第一候选路径对应的第一线形光斑图案；以及
为所述相对距离范围内的所有第一候选路径生成候选路径集合，并根据所述候选路径集合中每一个候选路径对应的线形光斑图案生成候选线形光斑图案集合。


2.如权利要求1所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，所述初始入射点坐标位于所述反射镜的中心线上，为所述相对距离范围内的所有候选路径生成候选路径集合的步骤包括：
确定所述第一线形光斑图案绕所述反射镜的中心旋转预定角度后形成的第二线形光斑图案，并根据所述光学模型确定与所述第二线形光斑图案相对应的光线路径，作为第二候选路径；
为所述相对距离范围内的所有第一候选路径和第二候选路径生成候选路径集合。


3.如权利要求1或2所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，设定光线分别以预定初始入射点坐标和预定初始入射角度入射的步骤包括：
设定光线的第一初始入射点坐标，基于预定坐标差值构建初始入射点坐标数组，其中，所述初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标在预定入射点坐标区间内；
基于初始入射点坐标数组中的每个初始入射点坐标，分别构建相应的初始入射角度数组；
设定光线分别以初始入射点坐标数组中的每一个初始入射点坐标、以及与初始入射点坐标相对应的初始入射角度数组中的每一个初始入射角度入射。


4.如权利要求3所述的确定在多反气室内形成线形光斑的方法，其中，所述路径信息包括光线在所述第一反射镜和第二反射镜上形成的每个光斑的坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔榕，周欣，刘鹏，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11