[发明专利]一种基于椭球结构的气体光谱测试装置

说明书

本发明公开了一种基于椭球结构的气体光谱测试装置，包括入射光处理单元、出射光处理单元及椭球测量单元；本发明借助光在椭圆球体结构内的传播特性，将出射光位置和感光器位置分别定在椭球测量单元的左焦点及右焦点上，并在左焦点右侧设置凹透镜，在右焦点上设置电荷耦合元件，凹透镜发出的光经过椭球测量单元的镜面多角度发散，通过气体样品后并反射入电荷耦合元件处，保证了经过椭球测量单元内气体样品的光程固定，该结构提高了测量的可重复再现性，做到了对气体样品等光程且多角度的光谱测量，具有结构简单，成本低，监测结果精准的优点。

技术领域

本发明涉及光谱分析仪器，尤其是一种基于椭球结构的气体光谱测试装置。

背景技术

光谱分析技术，已广泛应用于测量物质的化学组成和相对含量。这种技术具有操作简单、反应灵敏、数据准确诸多方面的优点。然而，当需要使用定光程光谱测量时，现有技术的装置仅仅是固定了出射光出口和感光器件的位置，使出射光直接经气体样品射入感光器件，用以固定整条光路的光程。存在的问题是，该结构使得光只能以固定角度射入感光器件，大大增加了因样品的不均匀、空间位置的变化、入射角度的改变以及光的反射、散射、偏振对测量数据的影响，导致测量结果可重复再现性差，监测精准度低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于椭球结构的气体光谱测试装置，本发明借助光在椭圆球体结构内的传播特性，将出射光位置和感光器位置分别定在椭球测量单元的左焦点及右焦点上，并在左焦点上设置凹透镜，在右焦点上设置电荷耦合元件，凹透镜发出的光经过椭球测量单元的镜面多角度发散，通过气体样品后并反射入电荷耦合元件处，保证了经过椭球测量单元内气体样品的光程固定，该结构降低了由于入射光的形状和角度变化以及气体样品分布的不均匀对测量结果造成的影响，提高了测量的可重复再现性，做到了对气体样品等光程且多角度的光谱测量，具有结构简单，成本低，监测结果精准的优点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于椭球结构的气体光谱测试装置，特点是该装置包括入射光处理单元、出射光处理单元及椭球测量单元，所述入射光处理单元由单色器、光源、入射光通道和凹透镜构成，且单色器上设有入光口和出光口；所述出射光处理单元由固定横轴、固定纵轴、电荷耦合元件及上位机构成；所述椭球测量单元为金属制成的椭圆球壳体，其内壁涂覆白色镜面反射材料，椭圆球壳体内设有赤道长半径及赤道短半径，赤道长半径上分别设有左焦点及右焦点，椭圆球壳体壁上设有入气口、出气口及气压监测口，且气压监测口上设有气压传感器。

所述入射光处理单元的入射光通道设于赤道长半径的延长线上，且由左焦点穿透至椭球测量单元的外侧，凹透镜设于入射光通道的末尾端，凹透镜的左焦点与椭球测量单元的左焦点重合，单色器、光源均设于椭球测量单元的外侧，单色器的出光口设于入射光通道的起始端，光源与单色器的入光口之间光连接。

所述出射光处理单元的固定纵轴设于椭球测量单元的赤道短半径上，固定横轴设于椭球测量单元的赤道长半径上且位于右焦点至固定横轴之间，电荷耦合元件设于固定横轴的一端与椭球测量单元的右焦点重合，上位机设于椭球测量单元的外侧，线缆穿过固定纵轴及固定横轴将电荷耦合元件与上位机连接，线缆还将上位机与单色器连接。

所述的入射光通道为外表面涂覆白色镜面反射材料的管状件。

所述的固定纵轴及固定横轴均为外表面涂覆白色镜面反射材料的管状件。

所述的电荷耦合元件为背照薄型电荷耦合光传感器，其选择波段的波长范围为2微米到300微米。

所述的单色器上设有入光口和出光口,其选择波段的波长范围为5微米到200微米。