開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置的製作方法

2023-10-23 22:28:02 1

本發明屬於氣體檢測技術領域，具體涉及一種開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置。

背景技術：

大氣汙染是我國當前面臨的重大問題之一，對環境空氣進行連續在線監測、掌握汙染氣體排放、擴散及演變規律，實現精確溯源對於制定減排政策、評估減排方案、徹底解決大氣汙染問題具有重要意義。利用待測氣體的「紅外指紋」吸收特徵進行光譜定量分析，從而獲取待測氣體濃度在氣體在線檢測領域具有重要應用。基於紅外光譜技術的氣體濃度檢測分為抽取式檢測和開放光路式檢測兩種方法，抽取式檢測需將待測氣體抽入樣品池內，因此該方法只能進行點源檢測，在開放光路式檢測方法中紅外輻射信號直接穿過待測區域。相比於抽取式檢測方法，開放光路式檢測可實現大範圍的區域化檢測。而開放光路式的區域化檢測則對光學系統提出了更高的要求，需要簡單、高效的光學系統來保證紅外光譜檢測系統穩定性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種利用開放光路對大氣進行檢測的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置，以實現大氣檢測的立體化監測需求。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：一種開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置，包括紅外光束髮射端和紅外光束接收端；所述紅外光束髮射端包括紅外光源、第一球面反射鏡和第二球面反射鏡，所述第一球面反射鏡為凸面鏡，第二球面反射鏡為凹面鏡，所述第一球面反射鏡與第二球面反射鏡相對設置，所述紅外光源位於第二球面反射鏡的背側，所紅外光源與第一球面反射鏡和第二球面反射鏡的焦點位於同一直線上，所述第二球面反射鏡的中心設有第一通光孔，紅外光源發出的散射的紅外光束穿過所述第一通光孔，並依次經過第一球面反射鏡和第二球面反射鏡的反射後擴束成準直的第一平行光束；所述紅外光束接收端包括第三球面反射鏡、第四球面反射鏡、幹涉儀和光譜儀，所述第三球面反射鏡為凹面鏡，第四球面反射鏡為凸面鏡，所述地三球面反射鏡與第四球面反射鏡相對設置，且第三球面反射鏡與所述紅外光束髮射端射出的第一平行光束正對設置，所述幹涉儀和光譜儀位於第三球面反射鏡的背側，所述第三球面反射鏡的中心設有第二通光孔，所述紅外光束髮射端射出的第一平行光束依次經過第三球面反射鏡和第四球面反射鏡的反射後匯聚成直徑小於第一平行光束的第二平行光束，第二平行光束穿過所述第二通孔入射到幹涉儀內，經幹涉儀調製後的光束聚焦進入所述光譜儀的紅外探測器內。

裝置還包括校準光路，所述校準光路包括紅外光束髮射端安裝的可見光準直光源，以及紅外光束接收端安裝的可見光接收標靶；可見光準直光源發射的準直可見光束與所述第一平行光束平行；所述可見光接收標靶包括第一靶心和第二靶心，所述第一靶心和第二靶心之間的連線與所述第三球面反射鏡和第四球面反射鏡焦點之間的連線平行；所述紅外光束接收端整體安裝在一個二軸轉臺上，該二軸轉臺的其中一軸豎直設置，另一軸水平並垂直於第三球面反射鏡和第四球面反射鏡焦點之間的連線設置，且兩軸的軸心相交於所述的第一靶心。

所述第一靶心設置於第一靶面上，第二靶心設置於第二靶面上，所述第一靶面和第二靶面均垂直與第三球面反射鏡和第四球面反射鏡焦點之間的連線。

所述第一靶面位於第二靶面的前方，即第一靶面比第二靶面先接收到所述的準直可見光束。

所述第一靶面為可拆卸式設置。

所述第一靶面由半透半反光材料製成。

所述第一靶面位於第二靶面的後方，即第二靶面比第一靶面先接收到所述的準直可見光束。

所述第一靶面安裝在一安裝座上，所述安裝做包括v型底座，v型底座上設有一v型槽，v型槽的前端即準直可見光束射來的一端設有一基準面，該基準面與第三球面反射鏡和第四球面反射鏡焦點之間的連線垂直，v型槽的後端設有與活動板和擋板，所述活動板沿v型槽的長度方向滑動設置，且活動板與擋板之間設有能夠為活動板提供朝向基準面方向的推力的彈簧。

本發明的技術效果在於：本發明利用球面球面反射鏡組實現光束的擴束，增大光束直徑，確保大氣充分吸收，然後同樣利用球面反射鏡組將吸收後的光束匯聚成小直徑的平行光以便幹涉儀調製和光譜儀的接收、檢測，即保證了測量的時效性，要確保了檢測結果的準確、可靠。另外本發明還提供了一種新的調光裝置，該裝置能夠實現紅外光束髮射端和紅外光束接收端之間的快速對光。

附圖說明

圖1是本發明的實施例1所提供的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置的光路原理圖；

圖2是本發明的實施例1所提供的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置的紅外光束接收端的主視圖；

圖3是本發明的實施例1所提供的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置的紅外光束接收端的俯視圖；

圖4是本發明的實施例1所提供的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置的紅外光束接收端的立體結構示意圖；

圖5是本發明的實施例1所提供的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置校準前的原理圖；

圖6是本發明的實施例2所提供的開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置校準前的原理圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。

實施例1

如圖1所示，一種開放光路式大氣痕量氣體紅外檢測裝置，包括紅外光束髮射端和紅外光束接收端；所述紅外光束髮射端包括紅外光源11、第一球面反射鏡12和第二球面反射鏡13，所述第一球面反射鏡12為凸面鏡，第二球面反射鏡13為凹面鏡，所述第一球面反射鏡12與第二球面反射鏡13相對設置，所述紅外光源11位於第二球面反射鏡13的背側，所紅外光源11與第一球面反射鏡12和第二球面反射鏡13的焦點位於同一直線上，所述第二球面反射鏡13的中心設有第一通光孔，紅外光源11發出的散射的紅外光束穿過所述第一通光孔，並依次經過第一球面反射鏡12和第二球面反射鏡13的反射後擴束成準直的第一平行光束；所述紅外光束接收端包括第三球面反射鏡21、第四球面反射鏡22、幹涉儀23和光譜儀24，所述第三球面反射鏡21為凹面鏡，第四球面反射鏡22為凸面鏡，所述地三球面反射鏡與第四球面反射鏡22相對設置，且第三球面反射鏡21與所述紅外光束髮射端射出的第一平行光束正對設置，所述幹涉儀23和光譜儀24位於第三球面反射鏡21的背側，所述第三球面反射鏡21的中心設有第二通光孔，所述紅外光束髮射端射出的第一平行光束依次經過第三球面反射鏡21和第四球面反射鏡22的反射後匯聚成直徑小於第一平行光束的第二平行光束，第二平行光束穿過所述第二通孔入射到幹涉儀23內，經幹涉儀23調製後的光束聚焦進入所述光譜儀24的紅外探測器內。本發明利用球面球面反射鏡組實現光束的擴束，增大光束直徑，確保大氣充分吸收，然後同樣利用球面反射鏡組將吸收後的光束匯聚成小直徑的平行光以便幹涉儀23調製和光譜儀24的接收、檢測，即保證了測量的時效性，要確保了檢測結果的準確、可靠。

如圖1所示，裝置還包括校準光路，所述校準光路包括紅外光束髮射端安裝的可見光準直光源33，以及紅外光束接收端安裝的可見光接收標靶；可見光準直光源33發射的準直可見光束與所述第一平行光束平行；所述可見光接收標靶包括第一靶心31和第二靶心32，所述第一靶心31和第二靶心32之間的連線與所述第三球面反射鏡21和第四球面反射鏡22焦點之間的連線平行；如圖2～4所示，所述紅外光束接收端整體安裝在一個二軸轉臺40上，該二軸轉臺40的其中一軸41豎直設置，另一軸42水平並垂直於第三球面反射鏡21和第四球面反射鏡22焦點之間的連線設置，且兩軸41、42的軸心相交於所述的第一靶心31。

優選的，如圖5所示，所述第一靶面34位於第二靶面35的前方，即第一靶面34比第二靶面35先接收到所述的準直可見光束。所述第一靶心31設置於第一靶面34上，第二靶心32設置於第二靶面35上，所述第一靶面34和第二靶面35均垂直與第三球面反射鏡21和第四球面反射鏡22焦點之間的連線。所述第一靶面34為可拆卸式設置。

優選的，如圖4所示，所述第一靶面34安裝在一安裝座上，所述安裝做包括v型底座36，v型底座36上設有一v型槽361，v型槽361的前端即準直可見光束射來的一端設有一基準面362，該基準面362與第三球面反射鏡21和第四球面反射鏡22焦點之間的連線垂直，v型槽361的後端設有與活動板363和擋板364，所述活動板363沿v型槽361的長度方向滑動設置，且活動板363與擋板364之間設有能夠為活動板363提供朝向基準面362方向的推力的彈簧365。

本實施例中的檢測裝置的對光方式如下：首先根據實地測量，確定發射端和接受端的大致方位，然後將發射端和接收端的底座初步安裝到位；將發射端的發出的可見準直光束對準接收端的第一靶心31，然後鎖死發射端的角度；最後將第一靶心31所在的第一靶面34拆除，然後調整二軸轉臺40的左右及俯仰角度，使可見準直光束打在第二靶心32上，由於二軸轉臺40的兩軸均過第一靶心31，因此無論二軸轉臺40如何運動，第一靶心31的位置始終不變，從而確保了最終第一靶心31和第二靶心32均位於可見準直光束上，達到校準光束的目的。

實施例2

本實施例與實施例1的區別僅在於：所述第一靶面34由半透半反光材料製成。本實施例中，第一靶面34不會對可見準直光束產生阻擋，因此在確定第二靶心32位置時，無需拆下第一靶面34。

實施例3

本實施例與實施例1的區別僅在於：所述第一靶面34位於第二靶面35的後方，即第二靶面35比第一靶面34先接收到所述的準直可見光束。如圖6所示，由於本實施例中可見準直光束是先打在後方的第一靶心31上，所以在確定前方第二靶心32位置時，也不需要考慮靶面的遮擋問題。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。