[发明专利]一种抗振动长光程气池

说明书

本发明公开了一种抗振动长光程气池，克服了原有实验室利用空间光构建长气池的不足，将光纤准直器和光电探测器的安装位置相对固定，利用光纤输入和输出，大大提升了长光程气池的抗振动性能，可拓展光谱吸收技术在工业领域的应用。该装置包括长光程气池单元、光路调整单元、辅助单元和输入输出单元四个部分，其中长光程气池单元和光路调整单元是核心组件。长光程气池与辅助单元、光路调整单元、输入输出单元中的光纤连接器不可移动式机械连接，构成整体的无相对移动的系统。本发明具有抗振性能佳、适应环境能力强、操作简便、通用性强和检测误差小等显著优势。

技术领域

本发明涉及光学传感检测技术领域，特别是一种抗振动长光程气池。

背景技术

在痕量气体检测中，由比尔兰伯特定律可知，对于某种待测气体，由气体吸收导致的衰减信号与气体的浓度和激光在气体中所经历的光程正相关。通过增加光程可以有效提升衰减信号的强度，所以长光程气池是实现高灵敏度传感的重要保障。

传统的多次反射长光程气池主要有赫里奥特气池(Herriott Cell)与怀特气池(White Cell)两种类型。怀特池的特点是其孔径角较大，适用于普通光源和激光光源；通过调节两个较小球面镜的偏转角度可以调节光在气池中的反射次数，从而实现对光程的调节，但在真空或高压强的封闭系统中难以调节；同时其所用的反射镜较多，结构较为复杂。相对怀特池而言，赫里奥特池仅由两个球面镜组成，光学系统较为简洁；同样可以利用较短距离实现长光程气池的设计并且其光路易于调节；虽然其孔径角较怀特池小。对于激光光谱吸收的系统和装置，在存在小扰动和振动的情形下，赫里奥特池性能更为稳定，是优选的抗振型气池。

Herriott气池是一种长光程吸收气池，可用于弱痕量气体吸收光谱应用中，比如环境监测、燃烧工序、医疗诊断，和基本的原子和分子物理学中。Herriott池的主要优点是它以紧凑的设计提供了相对较长的吸收光路，并且比高精细度的光学腔（这种光学腔通常需要空间模式匹配，精确的光学对准，或共振激发）简单得多。例如，设计腔长度是363 mm的Ø2英寸反射镜和Ø2 mm的光束，可实现12.5 m的光路长度。由于设备的简单性和稳定性，Herriott池提供了一种便利的工具来增加光束的光路长度，同时使设备保持紧凑且易于管理。

但是实际工业应用的过程中，不可避免存在因机械、电气等引起的振动，如烟尘的燃烧道监测。而长光程气池依赖相对空间位置的固定，容易受到振动影响。从而大大限制了光谱技术的应用和检测效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种抗振动长光程气池，本发明提高了工业应用场合下长光程气池的抗振动性能，操作简便、通用性强和检测误差小等显著优势。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种抗振动长光程气池，包括长光程气池单元、光路调整单元、辅助单元和输入输出单元，所述长光程气池单元包括密闭金属圆柱体、用于保证密封金属圆柱体密封性的近光端耦合窗片、设有通光孔的近光端反射镜面、远光端反射镜面及微距调节器，所述光路调整单元包括反射镜、光电探测器和准直器，所述辅助单元包括加热层和测量传感器，所述测量传感器包括压力传感器、温度传感器和温控模块，所述输入输出单元包括输入光纤、输出光纤、第一光纤连接器和第二光纤连接器；所述加热层包裹在密闭金属圆柱体外壁，近光端耦合窗片、近光端反射镜面均设置在密闭金属圆柱体的同一端，远光端反射镜面设置在密闭金属圆柱体的另一端；其中，

输入光纤，用于将外部输入的光传输至第一光纤连接器；

第一光纤连接器，用于将接收的光耦合为发散光输出至准直器；

准直器，用于将发散光变为平行光输入至反射镜；

反射镜，用于根据接收的平行光产生反射光，反射光经近光端耦合窗片入射至近光端反射镜面；