專利名稱：一種應用icos技術的氣體分析裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體分析裝置，特別涉及一種應用ICOS (Integrated Cavity Output Spectroscopy)技術的氣體分析裝置。
背景技術：
集成腔輸出光譜技術(ICOS， Integrated Cavity Output Spectroscopy)由于
具有測量光程長、靈敏度高等優點，因此在氣體分析領域得到了廣泛關注。其 中，離軸集成腔輸出光譜技術(簡稱OA-ICOS)還具有無需壓電陶瓷振動等優 勢。
D. S. Baer等人在論文(《Sensitive absorption measurements in the near-infrared region using off-axis integrated-cavity-output spectroscopy》 Los Gatos Research Applied Physics B 2002)中披露了一種應用OA-ICOS技術的氣體分析裝置，如 圖1所示，該分析裝置包括光源51、準直透鏡52、高反腔53、會聚透鏡54、 探測器55和電子裝置56。所述光源51發出光經準直透鏡52準直變為光斑較小 的平行光束，該光束從所述高反腔53的一端斜入射進入所述高反腔53。高反腔 53由兩個反射率為R的高反腔鏡相對組成，光束在所述高反腔53內來回反射， 并被通入高反腔53內的被測氣體吸收，被吸收后的光束從所述高反腔53的另 一端射出，經過所述會聚透鏡54會聚在所述探測器55上，探測器55把接收到 的光信號轉換為電信號，傳輸到所述電子裝置56，經過分析后得到被測氣體的 濃度等參數。對于反射率為R的反射鏡組成的高反腔，有效光程提高了l/(l-i ) 倍，如果采用99.99%反射率的反射鏡，腔長為0.5米，則測量有效光程將被提高 10000倍達到5000米有效測量光程，顯著地提高了測量靈敏度。
LGR (LosGatosResearch)公司的產品和上述論文中的分析裝置相同，該 裝置可以較為準確地測量被測氣體的濃度等參數，但也有不足由于光源和探 測器置于高反腔的兩側，零部件較為分散，在安裝、調試、校準和維護時較為 不便，如在調節光路時；也降低了裝置運行的可靠性；同時也使裝置變得較為龐大，不夠緊湊。
實用新型內容
本實用新型的目的是為了解決上述現有技術中的不足，提供了一種結構緊
湊、體積小、可靠性高的應用icos技術的氣體分析裝置。
為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案-
一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，包括光源、高反腔、會聚透鏡、探測 器和電子裝置，所述高反腔包括第一腔鏡和第二腔鏡；其特征在于所述光源、 會聚透鏡、高反腔和探測器的位置關系為光源發出的光束通過第一腔鏡入射
進所述高反腔內，入射方向與高反腔主軸間夾角為銳角，光束在高反腔內來回 反射，之后通過所述第一腔鏡射出，經過所述會聚透鏡后被所述探測器接收， 接收信號送所述電子裝置。
作為優選，所述光源、高反腔設置在所述會聚透鏡的兩側。光源發出的光 束穿過所述會聚透鏡后進入高反腔內。
作為優選，所述光源和會聚透鏡之間設置準直，光源發出的光經過所述準 直透鏡、會聚透鏡的準直后進入高反腔內。
所述分析裝置還包括反射面，所述光源發出的光經反射面反射后進入所述 高反腔。
作為優選，所述反射面設置在所述會聚透鏡上。
作為優選，所述會聚透鏡是平凸透鏡，所述反射面設置在平凸透鏡的平面 上，所述平面朝向所述高反腔。
所述會聚透鏡上設有通孔，所述光源設置在會聚透鏡的一側，所述高反腔 設置在會聚透鏡的另一側。
本實用新型的原理為所述光源發出的光經準直變為光斑較小的平行光束， 該光束以與高反腔的主軸成銳角的方向并通過第一腔鏡入射進入高反腔，光束 在所述高反腔內來回反射，并被通入高反腔內的被測氣體吸收，被吸收后的光 束先后從所述第一腔鏡射出，經過所述會聚透鏡會聚在所述探測器上，探測器 把接收到的光信號轉換為電信號，傳輸到所述電子裝置，經過分析后從而得到 被測氣體的濃度等參數。與現有技術相比較，本實用新型有以下有益效果-
入射光通過第一腔鏡入射進高反腔，并通過第一腔鏡射出，使得整個分析 裝置的結構變得簡單緊湊，減小了光學裝置安裝、調試和校準的工作量和難度， 增加了可靠性，同時減小了分析裝置的體積。
圖1是一種現有的應用ICOS技術的氣體分析裝置的結構示意圖； 圖2是本實用新型的實施例1中氣體分析裝置的結構示意圖； 圖3是本實用新型的實施例2中氣體分析裝置的結構示意圖； 圖4是本實用新型的實施例3中氣體分析裝置的結構示意圖； 圖5是本實用新型的實施例4中氣體分析裝置的結構示意圖6是本實用新型的實施例5中氣體分析裝置的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳盡描述。
如圖2所示， 一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，包括光源l (采用半導 體激光器)、準直透鏡ll、高反腔3、會聚透鏡25、探測器24和電子裝置4。
所述光源l、準直透鏡ll、會聚透鏡25和探測器24安裝在接收腔2內， 處在所述高反腔3的同一側；其中，光源l、準直透鏡ll安裝位置偏離所述高 反腔3的主軸方向，以便使光源1發出的光與高反腔3主軸間的夾角是銳角。
探測器24和高反腔3處在會聚透鏡25相對的兩側，所述探測器24的輸出 端連接所述電子裝置4。
高反腔3由具有高反射率的第一腔鏡33和第二腔鏡34構成；所述高反腔3 上設有進氣口 32和出氣口 31 ，經過處理后的潔凈的被測氣體被通入高反腔3內。
上述氣體分析裝置的工作過程為-
所述光源1發出的光經準直透鏡11準直后變為平行光束，該光束通過第一 腔鏡33進入所述高反腔3，入射光束以與所述高反腔3的主軸成銳角的方向入 射進入高反腔3;
光束在高反腔3內來回反射，并被通入高反腔3內的被測氣體吸收；
5被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經所述會聚透鏡25會聚后被所述 探測器24接收；
探測器24接收到的信號送所述電子裝置4，經濾波、鎖相放大等處理后， 分析得到被測氣體的參數，如濃度。 實施例2:
如圖3所示， 一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，與實施例1中氣體分析 裝置不同的是
1 、所述光源1安裝在接收腔2的外部，所述接收腔2上，通光孔21 。 2、接收腔2內設有反射面26;從而使光源1發出的光通過所述通光孔21
進入所述接收腔2，并經所述反射面26反射后穿過所述第一腔鏡33進入所述高
反腔3內。
上述氣體分析裝置的工作過程為
所述光源1所發出光經準直透鏡11準直后變為平行光束，之后穿過所述通 光孔21進入所述接收腔2，再經過所述反射面26反射，以與所述高反腔3的主 軸成一銳角通過第一腔鏡33進入高反腔3中；
光束在通有被測氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內的被測氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經所述會聚透鏡25會聚后被所述 探測器24接收；
探測器24接收到的信號送所述電子裝置4，經分析后得到被測氣體的參數， 如濃度。 實施例3:
如圖4所示， 一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，與實施例2中氣體分析 裝置不同的是
1、 所述會聚透鏡為平凸透鏡23，且平面側朝向所述高反腔3。
2、 所述接收腔2內不再單獨設置反射面26，而是在所述平凸透鏡23的平 面側上設有反射面22:在平面側的局部鍍反射膜；從而使光源l發出的光通過 所述通光孔21進入所述接收腔2，并經所述反射面22反射后穿過所述第一腔鏡33進入所述高反腔3內。
上述氣體分析裝置工作過程為
所述光源1所發出光經準直透鏡11準直后變為平行光束，后穿過所述通光 孔21進入所述接收腔2，再經過設置在所述平凸透鏡23上的反射面22反射， 以與所述高反腔3的主軸成一銳角通過第一腔鏡33進入高反腔3中；
光束在通有被測氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內的被測氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經所述平凸透鏡23會聚后被所述 探測器24接收；
探測器24接收到的信號送所述電子裝置4，經分析后得到被測氣體的參數， 如濃度。 實施例4:
如圖5所示， 一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，與實施例2中氣體分析 裝置不同的是所述光源1和準直透鏡12設置在會聚透鏡25的一側，高反腔3 處于會聚透鏡25的另一側。
上述氣體分析裝置工作過程為-
所述光源1所發出光經準直透鏡12、會聚透鏡25后準直為平行光束，后穿 過所述第一腔鏡33進入所述高反腔3，并與所述高反腔3的主軸成一銳角；
光束在通有被測氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內的被測氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經所述會聚透鏡25會聚后被所述 探測器24接收；
探測器24接收到的信號送所述電子裝置4，經分析后得到被測氣體的參數， 如濃度。 實施例5:
如圖6所示， 一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，與實施例2中氣體分析 裝置不同的是會聚透鏡25上設置通孔26，所述光源2發出的光經過準直透鏡 ll準直，之后穿過所述通孔27射入所述高反腔3內。上述氣體分析裝置工作過程為
所述光源1所發出光經準直透鏡11準直后變為平行光束，后穿過所述通孔
27、第一腔鏡33進入所述高反腔3，并與所述高反腔3的主軸成一銳角；
光束在通有被測氣體的高反腔3中來回反射，并被高反腔3內的被測氣體 吸收；
被吸收后的光從所述第一腔鏡33射出，經所述會聚透鏡25會聚后被所述 探測器24接收；
探測器24接收到的信號送所述電子裝置4，經分析后得到被測氣體的參數， 如濃度。
需要指出的是，上述實施方式不應理解為對本實用新型保護范圍的限制。 本實用新型的關鍵是，入射光通過第一腔鏡入射進高反腔，并通過第一腔鏡射 出，通過會聚透鏡后被接收，利用電子裝置分析接收信號可得氣體的參數，如 濃度。在不脫離本實用新型精神的情況下，對本實用新型作出的任何形式的改 變均應落入本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，包括光源、高反腔、會聚透鏡、探測器和電子裝置，所述高反腔包括第一腔鏡和第二腔鏡；其特征在于所述光源、會聚透鏡、高反腔和探測器的位置關系為光源發出的光束通過第一腔鏡入射進所述高反腔內，入射方向與高反腔主軸間夾角為銳角，光束在高反腔內來回反射，之后通過所述第一腔鏡射出，經過所述會聚透鏡后被所述探測器接收，接收信號送所述電子裝置。
2、 根據權利要求1所述的氣體分析裝置，其特征在于所述光源、高反腔設置在所述會聚透鏡的兩側。
3、 根據權利要求2所述的氣體分析裝置，其特征在于所述光源和會聚透鏡之間設置準直透鏡。
4、 根據權利要求1所述的氣體分析裝置，其特征在于所述分析裝置還包括反射面，光源發出的光經反射面反射后進入所述高反腔。
5、 根據權利要求4所述的氣體分析裝置，其特征在于所述反射面設置在所述會聚透鏡上。
6、 根據權利要求4所述的氣體分析裝置，其特征在于所述會聚透鏡是平凸透鏡，所述反射面設置在平凸透鏡的平面上，所述平面朝向所述高反腔。
7、 根據權利要求1或2所述的氣體分析裝置，其特征在于所述會聚透鏡上設有通孔，所述光源設置在會聚透鏡的一側，所述高反腔設置在會聚透鏡的
專利摘要本實用新型公開了一種應用ICOS技術的氣體分析裝置，包括光源、高反腔、會聚透鏡、探測器和電子裝置，所述高反腔包括第一腔鏡和第二腔鏡；所述光源、會聚透鏡、高反腔和探測器的位置關系為光源發出的光束通過第一腔鏡入射進所述高反腔內，入射方向與高反腔主軸間夾角為銳角，光束在高反腔內來回反射，之后通過所述第一腔鏡射出，經過所述會聚透鏡后被所述探測器接收，接收信號送所述電子裝置。本實用新型具有簡單緊湊、安裝、調試和校準的工作量和難度小、可靠性高、體積小等優點。
文檔編號G01N21/17GK201269853SQ200820165810
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者俞大海, 霞 李, 健 王, 人 陳, 顧海濤, 偉 黃 申請人:聚光科技(杭州)有限公司