专利名称：一种应用icos技术的气体分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体分析装置，特别涉及一种应用ICOS (Integrated Cavity Output Spectroscopy)技术的气体分析装置。
背景技术：
集成腔输出光谱技术(ICOS， Integrated Cavity Output Spectroscopy)由于
具有测量光程长、灵敏度高等优点，因此在气体分析领域得到了广泛关注。其 中，离轴集成腔输出光谱技术(简称OA-ICOS)还具有无需压电陶瓷振动等优 势。
D. S. Baer等人在论文(《Sensitive absorption measurements in the near-infrared region using off-axis integrated-cavity-output spectroscopy》 Los Gatos Research Applied Physics B 2002)中披露了一种应用OA-ICOS技术的气体分析装置，如 图1所示，该分析装置包括光源51、准直透镜52、高反腔53、会聚透镜54、 探测器55和电子装置56。所述光源51发出光经准直透镜52准直变为光斑较小 的平行光束，该光束从所述高反腔53的一端斜入射进入所述高反腔53。高反腔 53由两个反射率为R的高反腔镜相对组成，光束在所述高反腔53内来回反射， 并被通入高反腔53内的被测气体吸收，被吸收后的光束从所述高反腔53的另 一端射出，经过所述会聚透镜54会聚在所述探测器55上，探测器55把接收到 的光信号转换为电信号，传输到所述电子装置56，经过分析后得到被测气体的 浓度等参数。对于反射率为R的反射镜组成的高反腔，有效光程提高了l/(l-i ) 倍，如果采用99.99%反射率的反射镜，腔长为0.5米，则测量有效光程将被提高 10000倍达到5000米有效测量光程，显著地提高了测量灵敏度。
LGR (LosGatosResearch)公司的产品和上述论文中的分析装置相同，该 装置可以较为准确地测量被测气体的浓度等参数，但也有不足由于光源和探 测器置于高反腔的两侧，零部件较为分散，在安装、调试、校准和维护时较为 不便，如在调节光路时；也降低了装置运行的可靠性；同时也使装置变得较为庞大，不够紧凑。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术中的不足，提供了一种结构紧
凑、体积小、可靠性高的应用icos技术的气体分析装置。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案-
一种应用ICOS技术的气体分析装置，包括光源、高反腔、会聚透镜、探测 器和电子装置，所述高反腔包括第一腔镜和第二腔镜；其特征在于所述光源、 会聚透镜、高反腔和探测器的位置关系为光源发出的光束通过第一腔镜入射
进所述高反腔内，入射方向与高反腔主轴间夹角为锐角，光束在高反腔内来回 反射，之后通过所述第一腔镜射出，经过所述会聚透镜后被所述探测器接收， 接收信号送所述电子装置。
作为优选，所述光源、高反腔设置在所述会聚透镜的两侧。光源发出的光 束穿过所述会聚透镜后进入高反腔内。
作为优�。龉庠春突峋弁妇抵渖柚米贾保庠捶⒊龅墓饩鲎� 直透镜、会聚透镜的准直后进入高反腔内。
所述分析装置还包括反射面，所述光源发出的光经反射面反射后进入所述 高反腔。
作为优选，所述反射面设置在所述会聚透镜上。
作为优�。龌峋弁妇凳瞧酵雇妇担龇瓷涿嫔柚迷谄酵雇妇档钠矫� 上，所述平面朝向所述高反腔。
所述会聚透镜上设有通孔，所述光源设置在会聚透镜的一侧，所述高反腔 设置在会聚透镜的另一侧。
本实用新型的原理为所述光源发出的光经准直变为光斑较小的平行光束， 该光束以与高反腔的主轴成锐角的方向并通过第一腔镜入射进入高反腔，光束 在所述高反腔内来回反射，并被通入高反腔内的被测气体吸收，被吸收后的光 束先后从所述第一腔镜射出，经过所述会聚透镜会聚在所述探测器上，探测器 把接收到的光信号转换为电信号，传输到所述电子装置，经过分析后从而得到 被测气体的浓度等参数。与现有技术相比较，本实用新型有以下有益效果-
入射光通过第一腔镜入射进高反腔，并通过第一腔镜射出，使得整个分析 装置的结构变得简单紧凑，减小了光学装置安装、调试和校准的工作量和难度， 增加了可靠性，同时减小了分析装置的体积。
图1是一种现有的应用ICOS技术的气体分析装置的结构示意图； 图2是本实用新型的实施例1中气体分析装置的结构示意图； 图3是本实用新型的实施例2中气体分析装置的结构示意图； 图4是本实用新型的实施例3中气体分析装置的结构示意图； 图5是本实用新型的实施例4中气体分析装置的结构示意图6是本实用新型的实施例5中气体分析装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详尽描述。
如图2所示， 一种应用ICOS技术的气体分析装置，包括光源l (采用半导 体激光器)、准直透镜ll、高反腔3、会聚透镜25、探测器24和电子装置4。
所述光源l、准直透镜ll、会聚透镜25和探测器24安装在接收腔2内， 处在所述高反腔3的同一侧；其中，光源l、准直透镜ll安装位置偏离所述高 反腔3的主轴方向，以便使光源1发出的光与高反腔3主轴间的夹角是锐角。
探测器24和高反腔3处在会聚透镜25相对的两侧，所述探测器24的输出 端连接所述电子装置4。
高反腔3由具有高反射率的第一腔镜33和第二腔镜34构成；所述高反腔3 上设有进气口 32和出气口 31 ，经过处理后的洁净的被测气体被通入高反腔3内。
上述气体分析装置的工作过程为-
所述光源1发出的光经准直透镜11准直后变为平行光束，该光束通过第一 腔镜33进入所述高反腔3，入射光束以与所述高反腔3的主轴成锐角的方向入 射进入高反腔3;
光束在高反腔3内来回反射，并被通入高反腔3内的被测气体吸收；
5被吸收后的光从所述第一腔镜33射出，经所述会聚透镜25会聚后被所述 探测器24接收；
探测器24接收到的信号送所述电子装置4，经滤波、锁相放大等处理后， 分析得到被测气体的参数，如浓度。 实施例2:
如图3所示， 一种应用ICOS技术的气体分析装置，与实施例1中气体分析 装置不同的是
1 、所述光源1安装在接收腔2的外部，所述接收腔2上，通光孔21 。 2、接收腔2内设有反射面26;从而使光源1发出的光通过所述通光孔21
进入所述接收腔2，并经所述反射面26反射后穿过所述第一腔镜33进入所述高
反腔3内。
上述气体分析装置的工作过程为
所述光源1所发出光经准直透镜11准直后变为平行光束，之后穿过所述通 光孔21进入所述接收腔2，再经过所述反射面26反射，以与所述高反腔3的主 轴成一锐角通过第一腔镜33进入高反腔3中；
光束在通有被测气体的高反腔3中来回反射，并被高反腔3内的被测气体 吸收；
被吸收后的光从所述第一腔镜33射出，经所述会聚透镜25会聚后被所述 探测器24接收；
探测器24接收到的信号送所述电子装置4，经分析后得到被测气体的参数， 如浓度。 实施例3:
如图4所示， 一种应用ICOS技术的气体分析装置，与实施例2中气体分析 装置不同的是
1、 所述会聚透镜为平凸透镜23，且平面侧朝向所述高反腔3。
2、 所述接收腔2内不再单独设置反射面26，而是在所述平凸透镜23的平 面侧上设有反射面22:在平面侧的局部镀反射膜；从而使光源l发出的光通过 所述通光孔21进入所述接收腔2，并经所述反射面22反射后穿过所述第一腔镜33进入所述高反腔3内。
上述气体分析装置工作过程为
所述光源1所发出光经准直透镜11准直后变为平行光束，后穿过所述通光 孔21进入所述接收腔2，再经过设置在所述平凸透镜23上的反射面22反射， 以与所述高反腔3的主轴成一锐角通过第一腔镜33进入高反腔3中；
光束在通有被测气体的高反腔3中来回反射，并被高反腔3内的被测气体 吸收；
被吸收后的光从所述第一腔镜33射出，经所述平凸透镜23会聚后被所述 探测器24接收；
探测器24接收到的信号送所述电子装置4，经分析后得到被测气体的参数， 如浓度。 实施例4:
如图5所示， 一种应用ICOS技术的气体分析装置，与实施例2中气体分析 装置不同的是所述光源1和准直透镜12设置在会聚透镜25的一侧，高反腔3 处于会聚透镜25的另一侧。
上述气体分析装置工作过程为-
所述光源1所发出光经准直透镜12、会聚透镜25后准直为平行光束，后穿 过所述第一腔镜33进入所述高反腔3，并与所述高反腔3的主轴成一锐角；
光束在通有被测气体的高反腔3中来回反射，并被高反腔3内的被测气体 吸收；
被吸收后的光从所述第一腔镜33射出，经所述会聚透镜25会聚后被所述 探测器24接收；
探测器24接收到的信号送所述电子装置4，经分析后得到被测气体的参数， 如浓度。 实施例5:
如图6所示， 一种应用ICOS技术的气体分析装置，与实施例2中气体分析 装置不同的是会聚透镜25上设置通孔26，所述光源2发出的光经过准直透镜 ll准直，之后穿过所述通孔27射入所述高反腔3内。上述气体分析装置工作过程为
所述光源1所发出光经准直透镜11准直后变为平行光束，后穿过所述通孔
27、第一腔镜33进入所述高反腔3，并与所述高反腔3的主轴成一锐角；
光束在通有被测气体的高反腔3中来回反射，并被高反腔3内的被测气体 吸收；
被吸收后的光从所述第一腔镜33射出，经所述会聚透镜25会聚后被所述 探测器24接收；
探测器24接收到的信号送所述电子装置4，经分析后得到被测气体的参数， 如浓度。
需要指出的是，上述实施方式不应理解为对本实用新型保护范围的限制。 本实用新型的关键是，入射光通过第一腔镜入射进高反腔，并通过第一腔镜射 出，通过会聚透镜后被接收，利用电子装置分析接收信号可得气体的参数，如 浓度。在不脱离本实用新型精神的情况下，对本实用新型作出的任何形式的改 变均应落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种应用ICOS技术的气体分析装置，包括光源、高反腔、会聚透镜、探测器和电子装置，所述高反腔包括第一腔镜和第二腔镜；其特征在于所述光源、会聚透镜、高反腔和探测器的位置关系为光源发出的光束通过第一腔镜入射进所述高反腔内，入射方向与高反腔主轴间夹角为锐角，光束在高反腔内来回反射，之后通过所述第一腔镜射出，经过所述会聚透镜后被所述探测器接收，接收信号送所述电子装置。
2、 根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于所述光源、高反腔设置在所述会聚透镜的两侧。
3、 根据权利要求2所述的气体分析装置，其特征在于所述光源和会聚透镜之间设置准直透镜。
4、 根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于所述分析装置还包括反射面，光源发出的光经反射面反射后进入所述高反腔。
5、 根据权利要求4所述的气体分析装置，其特征在于所述反射面设置在所述会聚透镜上。
6、 根据权利要求4所述的气体分析装置，其特征在于所述会聚透镜是平凸透镜，所述反射面设置在平凸透镜的平面上，所述平面朝向所述高反腔。
7、 根据权利要求1或2所述的气体分析装置，其特征在于所述会聚透镜上设有通孔，所述光源设置在会聚透镜的一侧，所述高反腔设置在会聚透镜的
专利摘要本实用新型公开了一种应用ICOS技术的气体分析装置，包括光源、高反腔、会聚透镜、探测器和电子装置，所述高反腔包括第一腔镜和第二腔镜；所述光源、会聚透镜、高反腔和探测器的位置关系为光源发出的光束通过第一腔镜入射进所述高反腔内，入射方向与高反腔主轴间夹角为锐角，光束在高反腔内来回反射，之后通过所述第一腔镜射出，经过所述会聚透镜后被所述探测器接收，接收信号送所述电子装置。本实用新型具有简单紧凑、安装、调试和校准的工作量和难度小、可靠性高、体积小等优点。
文档编号G01N21/17GK201269853SQ200820165810
公开日2009年7月8日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者俞大海, 霞 李, 健 王, 人 陈, 顾海涛, 伟 黄 申请人:聚光科技(杭州)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
