[发明专利]多次反射长光程高温样品室的激光气体检测平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光气体检测平台，特别涉及一种多次反射长光程高温样品室的气体检测平台。

背景技术

随着社会及经济的发展，大气资源与人们的关系越来越密切。一方面，大气污染是受关注的问题之一，迫切需要对工业、交通运输业中产生的各种有害有毒、易燃易爆的气体进行监控；另一方面，在利用各种气体的时候，如天然气、煤制气、液化气等的开发和使用，或是航天工业中用到的气体系统，对各种气体浓度的检测是不可缺少的。

在未饱和的弱吸收情况下，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用Beer-Lambert关系表述：

l_v=I₀T(v)=I₀exp[-S(T)g(v-v₀)PXL]（1）。

式中：I₀和I_ν分别表示频率为ν的单色激光入射时和经过光程L、气体压力P和体积浓度为X的气体后的光强。线形函数g(ν-ν0)表征该吸收谱线的形状，它与气体温度、压力有关。S(T)表示气体吸收谱线的强度，是气体温度的函数。常规气体的S(T)参数可在分子光谱数据库HITRAN中查询。

由Beer-Lambert关系可知，在其他参量不变时，气体浓度与光程成反比。故当被测气体含量很低时，可通过加长光程实现检测。通过测量气体对激光光强的衰减，根据公式（1）以及S(T)和g(ν-ν0)与温度、压力等参数的定量关系，可以获得被测气体的浓度信息。在空气痕量气体的检测中，一般需要和长光程多次吸收技术相结合，用来提高仪器检测下限水平。

加长光程一般采用反射镜对光线进行多次反射来实现，而反射镜一旦设置在气体室内后，其位置和角度很难调节，从而较难达到理想的光路。而且传统的回返气体室存在成本高，反射镜受污染后不易清洗等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种采用Herriott多次反射式气室以保证长光程，测量精度高，体积小，成本低的小型化带多次反射高温样品室的激光气体检测平台。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

多次反射长光程高温样品室的气体检测平台，包括

平台底座；

样品室壳体，所述样品室壳体设置在所述平台底座上，样品室壳体的一侧的侧壁上方设置有气体入口，样品室壳体的另一侧的侧壁上方设置有气体出口，样品室壳体的两端分别设有入射窗口和出射窗口；所述样品室壳体的左端上部设有通光孔；所述样品室壳体的右端下部设有通光孔；

光路调整装置，所述光路调整装置设置在所述平台底座上，所述样品室壳体的左端外侧；

接收装置安装座，所述接收装置安装座设置在所述平台底座上，所述样品室壳体的右端外侧；

激光发射装置，所述激光发射装置安装在通光孔外侧的光路调整装置上，激光发射装置为发射光线的起始端；

激光接收装置，所述激光接收装置安装在通光孔外侧的接收装置安装座上，激光接收装置为发射光线的末端；

共轭激光反射装置，所述共轭激光反射装置由两片采用HerriottCell原理的共轭凹面反射镜构成，包括凹面反射镜和凹面反射镜，所述凹面反射镜、凹面反射镜分别固定在样品室壳体的两端；所述凹面反射镜安装在凹面反射镜安装座上，所述凹面反射镜安装在凹面反射镜安装座上；

所述凹面反射镜设置在入射窗口的前面，所述凹面反射镜设置在出射窗口的后面；

激光发射装置的发射光线经过入射窗口射入到样品室壳体的内腔后，经过出射窗口，射到凹面反射镜，经反射，光线在两片共轭凹面反射镜、凹面反射镜和入射窗口、出射窗口之间经多次反射，最后由凹面反射镜的出口射到激光接收装置上。

进一步地，所述样品室壳体上还设有加温装置、温控装置、压力传感装置。

进一步地，所述入射窗口和出射窗口为偏向角为2°~10°的涂镀增透膜的楔形镜片，楔形镜片用来密封被测气体，同时也避免了平面窗口产生较大的光路噪声。

进一步地，所述激光发射装置由半导体激光器和激光准直镜构成。

进一步地，所述激光接收装置由光电探测器构成。

进一步地，所述凹面反射镜和入射窗口之间设有隔热块，凹面反射镜和出射窗口之间设有隔热块；隔热块的安装方式为插入式安装，隔热块的作用：1.隔热，2.防止外界气体流动对光路产生影响；隔热块采用插入式的安装方式避免了加热变形对光路产生的影响。