CN104596935A - 一种可调式探测光路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体检测仪器领域，尤其涉及一种可调式探测光路装置。该装置包括气室及沿气室出口的光路依次设置的全反射镜、连接件和光谱仪，气室出口设有聚焦透镜，全反射镜置于安装件上，安装件与气室出口连接，连接件一端连接光谱仪，另一端与安装件可调连接。该装置通过设置全反射镜，使气室中射出的光线经全反射镜反射后，经由连接件的通孔射入光谱仪，反射光线聚焦于光谱仪入射光口附近，通过调节连接件，使光谱仪入射光口与透光镜的焦点相重合，本发明的设计方法，不仅可以使光线的利用效率最大化，还能调节出射光焦点的位置，用机械结构方式替代光纤，降低了成本，同时，调好探测光路后，不需要对其进行维护。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测仪器领域，尤其涉及一种可调式探测光路装置。
背景技术
差分吸收光谱(DOAS)技术是基于被测污染气体分子在不同波段的差分特征吸收结构，从而通过差分吸收光谱强度来实现对于污染气体的定性和定量检测。从当前的研究来看，DOAS技术在紫外-可见波段已能检测的气体有很多种，如NO，NO2，SO2，O3，NH3等，目前该方法在大气质量监测的气体分析仪中得到广泛应用，而在其光学采集系统中，绝大部分都应用了带光纤入射光口的光谱仪。
从现有气体分析仪的光学采集系统来看，经过被测物质后的光信号通过石英光纤接入到光谱仪，从而实现对光信号的探测。从现场的使用情况来看，该种光纤导入方式存在如下几点不足：1、光纤的通光孔径和数值孔径较小，使得光谱仪探测到的光强较弱，降低了光能的利用效率，也相对缩短了光源的有效使用时间；2、光纤的连接方式，不利于光纤入射端焦点的调节；3、光纤内光的传输容易受到光纤弯曲程度的影响，因此光纤的安装方式会影响到光能的探测；4、光纤不宜在较大弯曲角度下长期使用，并且光纤的成本较高。
因此，针对以上不足，本发明提供了一种适用于气体分析仪中使用光谱仪的可调式探测光路装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种可调式探测光路装置以解决现有技术存在的不能调节光谱仪射光焦点位置，探测光能利用率低，光纤弯折影响光能探测和光纤使用寿命，以及整体装置受使用空间限制的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可调式探测光路装置，该装置包括气室及沿气室出口的光路依次设置的全反射镜、连接件和光谱仪，所述气室出口设有聚焦透镜，所述全反射镜置于安装件上，所述安装件与所述气室出口连接，所述连接件一端连接所述光谱仪，另一端与所述安装件可调连接。
其中，所述全反射镜的法线与所述气室的轴线呈45°夹角。
其中，所述安装件上开有两个轴线互相垂直的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔与所述气室管出口连通，所述第二通孔与所述连接件的一端管口连通。
其中，所述安装件上开有第三通孔，所述第三通孔周边开有安装槽，用于放置所述全反射镜，所述第三通孔的轴线与所述第一通孔或第二通孔的轴线夹角为45°。
其中，所述第三通孔上设有通过螺纹连接的固定盖，所述固定盖上开有一字型工艺槽。
其中，所述连接件的一端管口伸入所述第二通孔内部，所述管口外壁与所述第二通孔之间为光面紧配合连接。
其中，所述第二通孔外部设有限位螺母，所述连接件一端外壁相应开有螺纹，所述连接件外壁的螺纹与所述限位螺母旋紧连接。
其中，所述连接件的另一端开有内螺纹与所述光谱仪上的螺杆相应连接。
其中，所述连限位螺母内壁一端开有内螺纹，一端为光面，该光面上设有定位销，与相应的连接件外壁配合定位。
其中，所述聚焦透镜为平凸透镜或双凸透镜，所述聚光透镜的凸面朝向所述气室。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种可调式探测光路装置包括气室及沿气室出口的光路依次设置的全反射镜、连接件和光谱仪，气室出口设有聚焦透镜，全反射镜置于安装件上，安装件与气室出口连接，连接件一端连接光谱仪，另一端与安装件可调连接。通过设置全反射镜及连接件，使光线通过全反射镜的反射后射入连接件，继而全部射入光谱仪入射光口，光能经过较宽的连接件通道而非通径狭小的光纤，提高了光能的利用率，避免了使用光纤折弯时导致的光能损失和光纤寿命变短，影响光能的探测和传输，当全反射镜与气室呈45°设置时，光线经全反射镜反射后，使入射光线与反射光线呈90°，这样，气室与光谱仪不在一个方向放置，节省了装置的放置空间，本发明的装置设有连接件，通过调节连接件的有效长度，可以使光谱仪入射光口与聚焦透镜的焦点相重复，该装置不仅可以使光能的利用效率最大化，还能调节出射光焦点的位置，用机械结构方式替代光纤，降低了成本，同时，调好探测光路后，不需要对其进行维护。
附图说明
图1是本发明一种可调式探测光路装置示意图；
图2是图1中探测光路原理图；
图3是图1中连接件的立体结构示意图；
图4是图3中安装件沿通孔直径的半剖图。
图中，1：气室；2：聚焦透镜；3：安装件；4：限位螺母；5连接件；6：光谱仪；7：固定盖；8：全反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供的一种可调式探测光路装置，包括气室1及沿气室1出口的光路依次设置的全反射镜8、连接件5和光谱仪6，气室1出口设有聚焦透镜2，全反射镜8的法线与气室1的轴线呈45°角设置，全反射镜8置于安装件3上，连接件5与安装件3可调连接，光线从气室1内沿直线射出后以45°入射角打在全反射镜8后同样以45°反射角反射，使反射光线与入射光线呈90°的直角，全反射镜8安装在安装件3上，具体的探测光路原理如图2所示。通过该装置可以实现光路的折弯改变，同时最大效率的利用光能，调节连接件5与安装件3的活动连接，可调节光谱仪6与全反射镜8的距离，从而使光谱仪入射光口与透镜的焦点重合，提高了光谱仪中光能的利用效率，探测光路调整好后，不需要对其再进行调节维护。
如图4所示，安装件3上开有两个轴线互相垂直的第一通孔和第二通孔，第一通孔与气室管出口连通，所述第二通孔与连接件的管口连通，这样，利用安装件3的特定结构对光路进行更改后使其沿连接件的腔内射出。
如图4所示，安装件3上开有第三通孔，第三通孔周边开有安装槽，用于放置全反射镜8，第三通孔的轴线与第一通孔或第二通孔的轴线夹角为45°，这样保证了全反射镜8顺利安装，并能满足入射光线与发射光线夹角为90°。
如图1所示，安装件上的第三通孔上设有固定盖7，第三通孔与固定盖7通过螺纹连接，且固定盖上开有一字型工艺槽，通过拆卸固定盖7即可满足安装或拆卸全反射镜8，同时固定盖7对全反射镜起到保护作用。
如图1所示，连接件5的一端管口伸入安装件3的第二通孔内部，管口外壁与所述第二通孔之间为光面紧配合连接，第二通孔外部设有限位螺母4，如图3所示，连接件5的一端外壁相应开有螺纹，连接件5外壁的螺纹与限位螺母4旋紧连接，连接件5的另一端开有内螺纹与光谱仪上的螺杆相应连接。通过调节连接件5通过第二通孔伸入安装件内部的深度实现了距离的调节，具体操作时，将连接件深入到安装件中的最大深度处，然后拧紧限位螺母4，使限位螺母4朝靠近安装件的方向移动，使连接件与安装件的轴向移动限位，本发明中，限位螺母内壁一端开有内螺纹，一端为光面，该光面上设有定位销，与相应的连接件外壁配合定位，通过限位螺母4上的定位销与连接件相对定位，进一步固定了连接件和安装件的相对固定位置。需要说明的是，具体实施中，当连接件伸入安装件最大深度时，聚光透镜的焦距值需大于透镜出光口处到光谱仪入射光口处的光程，因此可以通过旋动限位螺母4，使连接件5向安装件3的外部移动，直到调整到光谱仪入射光口与聚光透镜的焦点相重合。
本发明中，气室出口的聚光透镜采用平凸透镜或双凸透镜，且，聚光透镜的凸面朝向气室，本实施例中，采用了平凸透镜，该平凸透镜的凸面朝向气室，平面朝向全反射镜，便于汇聚光线，具体实施中，也可采用双凸透镜或非球面镜对光线进行汇聚。
综上所述，本发明提供的一种可调式探测光路装置，能够调节出射光焦点所在的位置，使光能的利用效率最大化，通过改变光路，减小对使用空间限制的影响，避免了光纤弯折影响探测光路和光纤使用寿命，该探测光路调整好后，几乎不需要进行再调节维护。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可调式探测光路装置，其特征在于，包括气室及沿气室出口的光路依次设置的全反射镜、连接件和光谱仪，所述气室出口设有聚焦透镜，所述全反射镜置于安装件上，所述安装件与所述气室出口连接，所述连接件一端连接所述光谱仪，另一端与所述安装件可调连接。
2.根据权利要求1所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述全反射镜的法线与所述气室的轴线呈45°夹角。
3.根据权利要求2所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述安装件上开有两个轴线互相垂直的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔与所述气室管出口连通，所述第二通孔与所述连接件的一端管口连通。
4.根据权利要求3所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述安装件上开有第三通孔，所述第三通孔周边开有安装槽，用于放置所述全反射镜，所述第三通孔的轴线与所述第一通孔或第二通孔的轴线夹角为45°。
5.根据权利要求4所述的可调式探测光路系统，其特征在于，所述第三通孔上设有通过螺纹连接的固定盖，所述固定盖上开有一字型工艺槽。
6.根据权利要求3所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述连接件的一端管口伸入所述第二通孔内部，所述管口外壁与所述第二通孔之间为光面紧配合连接。
7.根据权利要求3所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述第二通孔外部设有限位螺母，所述连接件一端外壁相应开有螺纹，所述连接件外壁的螺纹与所述限位螺母旋紧连接。
8.根据权利要求7所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述连接件的另一端开有内螺纹与所述光谱仪上的螺杆相应连接。
9.根据权利要求7所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述连限位螺母内壁一端开有内螺纹，一端为光面，该光面上设有定位销，与相应的连接件外壁配合定位。
10.根据权利要求1所述的可调式探测光路装置，其特征在于，所述聚焦透镜为平凸透镜或双凸透镜，所述聚光透镜的凸面朝向所述气室。
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