用于流体分析的光谱仪制造技术

本发明专利技术涉及光谱仪，包含：配置为产生覆盖波长带的光束的发光装置（ＬＳＲＣ）、配置为使得来自发光装置的光束与待分析的流体互相作用的探针、以及配置为在光束已经与待分析的流体互相作用之后接收光束并且提供对各种波长范围的光强度测量的光谱分析装置，发光装置包含数个在各种波长范围内发光的发光组件（１ａ－１ｃ），以及固定到发光组件（１ａ－１ｇ）的发光表面上的混合光学组件（３），以将由发光组件所发射的光流结合成覆盖波长带的合成光束，并将合成光流引导到探针。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体的分析。本专利技术更特别地涉及流体的定性分析，并且更特别地涉 及基于碳氢化合物或生物燃料的燃料的定性分析，以保证例如在机动车上所使用的内燃机 的操作。
技术介绍
机动车越来越多的装备有电子管理系统，配置为根据传感器所测量的不同参数优 化引擎的操作。这些系统一般地配置为，特别地根据引擎速率、油和冷却液的温度、以及外 部参数例如大气压力和环境温度，调节注入到引擎中的燃料的量、设定注入时间、点火提 前、进气压力以及废气的循环。然而，这种优化受到燃料质量的波动的限制。实际上，虽然对于燃料定义了标准， 但燃料的质量依赖于天气和加油站从而具有显著的差异。燃料一般地通过化学物理参数来 表征，例如对于火花点火引擎的辛烷值和气压，对于柴油引擎的十六烷值、闪点和抗低温能 力，以及蒸馏曲线、密度和氧化化合物含量。从而据估计，基于碳氢化合物的燃料的物理化 学参数可以围绕标准中所指定的标准化平均值变化15到40%或者更多。现在，针对标准化的燃料优化了内燃机的操作。如果在泵处取得的燃料的质量与 标准化的燃料质量相差太大，这种优化不再作用，而引擎将倾向于耗费更多的燃料并产生 更多的污染气体。因此，期望的是，确定输送给引擎的燃料的质量，并将所获取的结果考虑在内以管 理引擎的操作。为此目的，近红外吸收光谱适合于碳氢化合物或者碳氢化合物混合物的定 性评价。一个产生流体吸收光谱的标准光谱仪一般地包含以下元素一光源，覆盖至少一个必须在其中进行测量的波长带，一在以下的描述中被称作“探针”的装置，在该装置中，光源产生的光与待分析的 流体互相作用，以及-光谱分析传感器，它在探针的输出处对光进行分析。这样的光谱仪使得能够以T = f(X)类型的曲线的形式获得吸收光谱，其指示随 着波长λ的变化，通过待分析的流体的光的量Τ。光谱仪主要通过其光谱分析范围(所产生的光谱的宽度和位置)、分析的精度或 者组成所提供的光谱的测量点的数量、对吸收值的测量的准确度、以及其敏感度即它测量 少量光的能力来进行表征。当今的光谱仪一般地是非常复杂的，从而很昂贵，尺寸相对较大。特别的，当今的光谱仪包含许多光学组件(镜片、过滤器、棱镜、镜面、衍射光栅)，这些组件由空气空间所 隔离。为了光谱仪正确地工作，这些组件之间的对准是非常关键的。因此，当今一般地为实 验室设计的光谱仪，对于内燃机或者机动车环境是不适合的。特别地，它们未被设计为能承 受由内燃机或者机动车所产生的强烈振动。实际上，在光源和光谱分析装置之间，光束穿过相当多的被空气空间所隔离的光学组件。光学组件和空气之间的每个界面都是误调或者恶 化的潜在来源。在光谱仪中传统地使用的光源(白炽灯或者金属气相灯、卤素灯等)与内燃机机 载或者车辆中的应用所需的健壮性、服务寿命和尺寸的要求不兼容。激光的使用也必须被 排除，因为将需要与所需的光谱中的测量点相同数目的激光器。由于在有害环境中服务寿 命、稳定性和健壮性的理由，激光的使用也必须被排除。进一步地，专利申请No. FR 2 798 582和FR 2 789 294考虑了使用与标准光学组 件相关联的发光二极管。因此希望产生能够被安装在内燃机上或者机动车内的流体分析光谱仪。
技术实现思路
该目标通过提供这样一个光谱仪来实现，该光谱仪包含发光装置，配置为产生覆 盖波长带的光束；探针，配置为使得来自发光装置的光束与待分析的流体互相作用；以及 光谱分析装置，配置为在光束已经与待分析的流体互相作用之后接收光束，并且依赖于对 于各种波长范围所接收的光的量来提供测量。根据一种实施方式，发光装置包含数个发光组件，每个发光组件包含发光表面，并 且在所述波长带所包含的各种波长范围内发射光，并包含固定到所述发光组件的发光表面 上的混合光学组件，以将由所述发光组件所发射的光流结合成为覆盖所述波长带的合成光 束，并将合成光流弓I导到所述探针。根据一种实施方式，所述混合光学组件具有输入面，该输入面接收来自所述发光 组件的光，输出面，该输出面被耦合到发光光导，并且具有这样的形状，该形状具有基本被 优化的旋转形以将来自所述发光组件的光尽量多地聚焦并发送到所述探针。根据一种实施方式，所述混合光学组件覆盖所述发光组件的每一个的发光表面。根据一种实施方式，所述混合光学组件被一个或者多个光学纤维耦合到所述发光 组件的每一个的发光表面。根据一种实施方式，发光装置产生的光束覆盖700nm到IlOOnm之间的波长带。根据一种实施方式，发光装置包含数个发光组件，这些发光组件在基本相同的波 长范围内发射光。根据一种实施方式，发光组件是发光二极管。根据一种实施方式，所述探针包含光学纤维照明光导，将来自所述发光装置的光 束发送到待分析的流体，还包含光学纤维收集光导，其耦合到发光光导并至少部分地收集 已经穿过待分析流体的光束，并将其发送到光谱分析装置。根据一种实施方式，收集光导包含数个收集光学纤维，这些光学纤维分散在照明 光导周围，并包含反射器用来在光束已经穿过待分析流体之后，将该光束通过待分析流体 发送回收集光学纤维。根据一种实施方式，反射器被产生为沿着基本上与入射光线的方向相反的方向， 以略微较宽的角度反射光束中每一条入射光线。根据一种实施方式，反射器的类型是Scotchlite 类型，或者具有回复反射棱镜 的安全反射器类型。根据一种实施方式，反射器具有球形壳的形状，该壳的中心基本上位于照明光导 的输出面的中心上。根据一种实施方式，所述探针包含会聚透镜，该透镜布置在照明光导的输出与待 分析流体之间。根据一种实施方式，探针包含Y光学耦合器，用来将照明光导的输出处的光束发 送到待分析流体中，并将来自待分析流体的光束发送到收集光导中，并包含反射器用来在 光束已经穿过待分析流体之后，将其通过待分析流体发送回所述光学耦合器。根据一种实施方式，反射器被产生为将光束中的每一条入射光线沿着与入射光线 方向基本相反的方向反射。根据一种实施方式，反射器的类型是Scotchlite 类型，或者具有回复反射棱镜 的安全反射器类型。根据一种实施方式，反射器具有球形壳的形状，该壳的中心基本上位于照明光导 的输出面的中心上。根据一种实施方式，探针包含会聚透镜，该透镜布置在耦合器与待分析流体之间。根据一种实施方式，探针包含布置在照明光导的输出与待分析流体之间的会聚透 镜，以及布置在收集光导与待分析流体之间的会聚透镜。根据一种实施方式，所述光谱分析装置包含第一光导，该第一光导耦合到探针并 在光束已经与待分析流体相互作用之后接收光束，并通过第一光学过滤装置将其扩散到第 一光敏感单元组，该第一光学过滤装置被布置以向所述光敏感单元组的至少一部分的每个 光敏感单元发送光束的一部分，该部分光束覆盖了所述波长带中包括的各个波长范围。根据一种实施方式，所述第一光导具有透明材料制成的板的形状，利用板的边缘 接收来自待分析流体的光束，并通过将该光束散布到板的相对边缘来将其扩散，所述第一 过滤装置和第一光敏感单元组被安放该相对边缘对面。根据一种实施方式，收集光导被耦合到第一光导以向其发送光束。根据一种实施方式，所述光谱分析装置包含光探测器条带，其包含第一光敏感单 元组，该条带通过第一过滤装置被固定到板的边缘上。根据一种实施方式，第一过滤装置包含随长度线性可变的光谱透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱仪，包含发光装置（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１），配置为产生覆盖波长带的光束，探针（ＰＲＢ、ＰＲＢ１－ＰＲＢ４），配置为使得来自所述发光装置的光束与待分析的流体（２０）相互作用，以及光谱分析装置（ＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１），配置为在光束已经与待分析流体相互作用之后接收光束，并依赖于对于各种波长范围所接收的光的量来提供测量，其特征为，发光装置（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）包含数个发光组件（１ａ－１ｇ）每个发光组件包含发光表面，并且在所述波长带所包含的各种波长范围内发射光，并包含固定到所述发光组件（１ａ－１ｇ）的发光表面上的混合光学组件（３），以将由所述发光组件所发射的光流结合成为覆盖所述波长带的合成光束，并将合成光流引导到所述探针（ＰＲＢ、ＰＲＢ１－ＰＲＢ４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J富尔内尔，A卢纳蒂，T热尔戈，
申请(专利权)人：SP三H公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]