[发明专利]一种M形长光程气室

说明书

技术领域

本发明涉及气室领域，具体是一种M形长光程气室。

背景技术

随着人口的增长和经济的发展,我国正面临着十分严重的环境污染问题。研制能够实时监测环境气体的分析仪器对改善人类的生存环境具有重大的意义。由于所需监测的污染气体多为低于ppm量级乃至ppb量级的低浓度物质,所以设计的光学系统必须具有足够长的光程长才能达到检测精度要求，同时考虑到成本、空间大小的约束，所以长光程气体检测气室的研制是整个系统的关键及难点所在。

应用于吸收型光纤气体传感器的气室根据光束在气室中的传播路径大致可以分为两类：一类是单光路气室，一类是多光路气室。

光谱吸收法气室的基本工作原理：如果光源光谱覆盖一个或多个气体的吸收线，则光通过待测气体时就会发生衰减，输入光强Ii，输出光强I₀和气体的浓度C之间满足比尔-朗伯定理，即：

Io＝I_ie^-LCK

L表示气体的厚度，即光辐射经过吸收气体的路程，现有的设备为两透镜之间的间距，K表示待测吸收系数。

通过检测Ii和I₀便可得到待测气体的浓度。由上式可知，光束与气体的作用长度是决定光纤气体传感器的灵敏度的一个重要因素，传感长度越长灵敏度越高，因此在设计中应尽量增加传感长度，同时考虑减小体积。

单光路吸收气室也称透射型吸收气室。在单光路气室中，经过准直的光束只在气室中经过一次。因此，传感长度即为气室中容纳气体的长度，这种常规的透射型气室一般为圆柱体。它由一组输入透镜、气室腔和一组输出透镜组成，从输入光纤出射的光，经输入透镜准直，变为平行光，穿过气室，再由透镜耦合到输出光纤中。气室的长度可从几厘米到几米，视需求而定。这种气室结构简单，但尺寸较大。现有的多光路气室又称反射式气室，一般由多块平面或凹面反射镜组成，利用反射镜使光路在气室中经过多次反射，从而达到增加有效传感长度的目的，但这种气室大多光路结构尺寸大，加工精度高，调试复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种M形长光程气室，以弥补已有技术的缺陷。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种M形长光程气室，包括有气室筒体，其特征在于：气室筒体内一端并行设置有第一平面镜、第二平面镜，气室筒体内另一端呈品字形设置有第一准直透镜、第二准直透镜、第三平面镜，所述第一平面镜位于第一准直透镜出射光路上，第三平面镜位于第一平面镜反射光路上，第二平面镜位于第三平面镜反射光路上，第二准直透镜位于第二平面镜反射光路上，光源的光束经一个光纤导入至第一准直透镜，经第一准直透镜准直后出射至第一平面镜，再经第一平面镜反射至第三平面镜，然后经第三平面镜反射至第二平面镜，最后经第二平面镜反射至第二准直透镜后，经第二准直透镜准直后出射，第二准直透镜出射光经另一个光纤导出气室筒体，从而在气室筒体内构成空间的似M形光路。

所述的一种M形长光程气室，其特征在于：所述气室筒体左端开口，右端封闭，气室筒体右端端壁开有进气口，气室筒体侧壁左端开有出气口，气室筒体左端开口中密封装入有光纤座，从而在气室筒体内形成密闭的空间，所述光纤分别设置在光纤座中，其中一个光纤一端连接至光源、另一端耦合至第一准直透镜，另一个光纤一端耦合至第二准直透镜、另一端连接至光谱仪。

所述的一种M形长光程气室，其特征在于：所述气室筒体内共中心轴设置有气室架，所述第一准直透镜通过透镜座、第二准直透镜通过透镜座、第三平面镜通过平面镜座呈品字形设置在气室架内左端，所述第一、第二平面镜分别各自通过平面镜座并行设置在气室架内右端。

所述的一种M形长光程气室，其特征在于：所述透镜座、平面镜座分别设置为喇叭口状，透镜座、平面镜座分别胶粘在气室架内对应端。

本发明由准直透镜、平面镜、光纤、透镜座、平面镜座、光纤座、气室架、气室筒体组成。将两个相同准直透镜及三个相同平面镜置于气室架两端一定斜角位置上，利用透镜准直及平面镜反射原理，在气室筒体内形成似M形光路，实现了单个小直径筒体下，计算光程等于4倍于单筒体长度的检测装置。

本发明优点为：

1、镜片种类、规格少、体积小，精密设计各个镜片位置及角度，使所有镜片排布直径小于30mm，即气室外壳直径小于40mm，制作成本低，光程长，测试精度提高。

2、镜片安装座加工成喇叭口，注胶安装牢固性、密封性好，提高测试准确性。