[实用新型]一种测量气体浓度的光学吸收池

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学测量领域，特别涉及一种测量气体浓度的光学吸收池。

背景技术

随着经济的发展，人类对地球开发利用的速度远远超出了地球的可再生周期，因 而出现了许多环境问题，其中最严重的是空气质量问题。工业排放的废气、汽车排放的尾 气、煤炭的燃烧无不对空气造成严重的污染。所以我们需要对空气进行实时的监测，全面了 解空气的质量，以做出相应的对策。

测量气体浓度的方法许多比如：色谱法、射线吸收法和光谱吸收法等。其中光谱吸 收法应用普遍，技术较成熟。多次反射池是吸收光谱学学系统中非常重要的一部分，特别是 在痕量气体检测中，根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，增加光和样品的作用距离，能增 大吸收信号的幅度，从而能有效地提高光谱探测灵敏度。

最常用的光学长程池有White型光学长程池[1]JohnU.White.LongOptical PathsofLargeAperture.JournaloftheOpticalSocietyofAmerica.1942,32 (5):285.和Herriott型光学长程池[2]D.Herriott,H.Kogelinik,R.Kompfner. Off-AxisPathsinSphericalMirrorInterferometers.Appl.Opt.1964,3(4): 523~526.。其中White型长程池的特点是孔径角较大，适用于普通光源和激光光源，但所用 反射镜较多，至少三块，不利于调节，机械稳定性差。而Herriott型长程池的光学系统由两 个凹面反射镜组成，其特点是结构简单，光路调节相对容易，但孔径角较小，适用于激光光 源，所以目前吸收光谱学的研究多使用Herriott池。

Herriott池要求两块等焦距凹面镜平行且同轴。但在实际应用中难以使两凹面镜 的主光轴重合，并且微小的振动都会对其产生很大的影响。为此，多光程池向着易于调节、 较多的反射次数、小型化和机械稳定性好方向发展。比如：2000年郝绿原用凹面反射镜和平 面反射镜组成，只需调节两镜相对平行即可，简化了光学仪器的调节。2010年夏滑将其中一 块凹面镜分割成上下两半，实现了反射次数成倍的增加。最近BélaTuzson研制出一个体积 只有40cm³的圆环型多光程池，通过调节入射角度，使圆筒中出现单圈循环反射，其等效光 程可达到4m。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种可以用于测量气体浓度的光学吸收 池，可以运用于精确测量吸收气体的浓度。

本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池，包括凹面螺旋光学腔，入射窗口 和出射窗口，所述凹面螺旋光学腔由曲率半径为r的曲线沿径向半径R做螺旋旋转而成；激 光通过所述入射窗口入射到所述凹面螺旋光学腔，经过螺旋式的来回循环反射，由所述出 射窗口出射。

优选地，所述凹面螺旋光学腔满足条件0≤R≤r。

优选地，所述测量气体浓度的光学吸收池还包括入射窗口密封阀和出射窗口密封 阀；所述入射窗口密封阀包括入射窗底盘、第一平面镜和入射窗顶盘，所述入射窗底盘有0- 15°的倾斜度，所述入射窗底盘密封安装在所述入射窗口上，所述第一平面镜通过所述入射 窗顶盘密封安装在所述入射窗底盘上；所述出射窗口密封阀包括出射窗底盘、第二平面镜 和出射窗顶盘，所述出射窗底盘有0-15°的倾斜度，所述出射窗底盘密封安装在所述出射窗 口上，所述第二平面镜通过所述出射窗顶盘密封安装在所述出射窗底盘上。

优选地，所述测量气体浓度的光学吸收池还包括密封外盖；所述密封外盖位于所 述凹面螺旋光学腔的上下表面，用于密封所述凹面螺旋光学腔的上下表面，所述密封外盖 上设有进气口和出气口，所述出气口用于注入待测气体，所述进气口用于对螺旋型多光程 池进行真空吸收。

优选地，所述测量气体浓度的光学吸收池还包括第一密封内盖和第二密封内盖， 所述第一密封内盖用于密封所述进气口，所述第二密封内盖用于密封所述出气口。

本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池可又在更小的体积下，得到更长的 有效光程，从而能有效地提高光谱探测灵敏度，提高吸收气体浓度测量的精确度。

附图说明

图1为本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池6中，光线进入凹面螺旋光学 腔63后形成螺旋式循环反射后射出的示意图；