CN104884935B - 用于激光光谱的对准*** - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于激光光谱***(100)中的光学装置(212)的可调节座架(300)。可调节座架(300)包括被构造成用于安装到过程和反射器座架(230)的主体(232)，该座架具有被构造成用于安装光学装置(212)的特征。主体(232)和反射器座架(230)之间的界面(234)允许主体(232)和反射器座架(230)之间的相对运动。至少一个对准装置(220)被构造成用于接合反射器座架(230)与主体(232)，以相对于主体(232)固定反射器座架(230)的位置。光学装置(212)独立于对准装置(220)而被可移除地安装到反射器座架(230)，并且被密封到反射器座架(230)。
Description
背景技术
气体吸收光谱通常通过将光束传输通过样品并且检测在感兴趣物种的特定光谱吸收特征的波长处的吸收，来测量气体样品中的感兴趣物种的存在和/或浓度。总体上，该特征是吸收谱线，该吸收谱线表示光的对应于感兴趣气体的分子的振动跃迁、旋转跃迁或电子跃迁的频率。可调谐二极管激光器在以下方面提供了用于该气体吸收光谱测量的许多优点，即激光器可以被调谐至光谱特征的中心并且生成相对于光谱特征的宽度的窄带信号。
因而，激光吸收光谱可以提供高速和相对较高精度的能力，用于在对其它的气体种类或成分具有相对较低的交叉灵敏度的情况下在大气压力下检测气体样品中的各种微量气体种类。可调谐二极管激光光谱仪特别适合于较高灵敏度的研究，部分地因为可调谐二极管激光光谱仪的频率可以被调制以减少较低频率的激光噪声和电子噪声。总的来说，激光光谱仪将包括频率可调谐激光器，该频率可调谐激光器生成照射输出光束，该照射输出光束被引导通过包含气体样品的样品室。然后输出光束被引导至光学探测器，并且光学探测器的信号被解调以获得吸收感应信号。该吸收感应信号可以用于识别气体样品中的一个或多个感兴趣物种。
发明内容
提供了一种用于激光光谱***中的光学装置的可调节座架。可调节座架包括被构造成用于安装到工艺过程中和安装到反射器座架的主体，该反射器座架具有被构造成用于安装光学装置的特征。主体和反射器座架之间的界面允许主体和反射器座架之间的相对运动。至少一个对准装置被构造成用于接合反射器座架与主体，以相对于主体固定反射器座架的位置。光学装置独立于对准装置而可移除地安装到反射器座架，并且被密封到反射器座架。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的激光光谱***的图解视图。
图2A是根据本发明的实施例的安装在样品管上的对准机构的图解视图。
图2B是根据本发明的实施例的安装在过程流环境内的对准机构的图解视图。
图3是根据本发明的实施例的对准机构的侧视图。
图4是根据本发明的实施例的对准机构的等距视图。
具体实施方式
在光谱检测中，有时通过使用光源和一个或多个反射镜检测或测量诸如气体或液体之类的流体中的特定物质的存在。反射镜总体上用于控制光从诸如激光器之类的源至探测器的路径。经常需要对准机构来确保反射镜的精确和正确定位，使得光合适地穿过测量室到探测器。通常使用对准机构的检测的一个示例是使用激光器和探测器源的光谱检测，例如可调谐二极管激光吸收光谱分析。
由于在检测过程中被暴露给化学过程，因此经常要求定期清洗反射镜。该反射镜的清洗过程可能是乏味的，有时要求专用工具并且通常要求在清洗过程完成之后进行反射镜的重新对准。
用在分析器、燃烧或化学过程中的反射镜产生了另一挑战，该分析器是包括流体的容器的部件，该容器例如为加压气体管道。在这种情况下，尽管在反射镜对准机构中使用了移动部件，但是重要的是，仍保持过程流体***被紧密地密封。可以被检测的这些容器和导管可以包括用于提取物测量的样品管或在管道上进行原位测量的过程管道。在该容器中，防止污染要求在过程侧进行定期清洗。
在光谱测量或检测室(cell)中需要一种机构，该机构允许在整个清洗过程中保持紧密密封的同时清洗分析器中的反射镜。此外，这种清洗应该不需要专用工具，并且也不要求在每次清洗过程之后(反射镜的)重新对准。
图1示出了本发明的多个方面特别适用的激光光谱***100的一个示例。激光光谱***100包括生成激光照射光112的激光器110。所发出的光112传输通过参考室114并通过窗口116并且通过过程区域118，在该过程区域中所发出的光反射离开反射表面120。在光112从反射表面120反射之后，光112返回通过过程区域118、窗口116和参考室114，在参考室114中光112被探测器122接收。估算器124连接到探测器122，使得接收的光可以被检测到或以其它方式被测量。为了确定过程区域118中的气体的浓度，所发出的光112的频率必须是精确的和已知的。
估算器124，除了接收和响应于用户输入外，还可以控制从激光器110发出的照射光112的波长。激光器110可以是以由用户输入或估算器124确定的设定波长生成发出的照射光112的可调谐二极管激光器。
在一个示例中，发出的光112传输通过的参考室114包括已知浓度的流体，该流体具有已知的吸收值。在一个实施例中，过程区域118是样品室。然而，在其它实现方式中，过程区域还可以借助于暴露给过程的穿孔样品室而被设置在原位。过程区域118包括待检测的流体的样品。例如，在一个实现方式中，过程区域118包括未知浓度的气体，该未知浓度将被激光光谱***100确定。在一个示例中，反射表面120联接到光学对准***。
例如，在一个实施例中，在过程气体流过过程区域118的同时，反射表面120在操作过程中与过程区域118接触。因为这种直接接触，因而反射表面120将要求周期性移除和清洗。然而，如图1所示，反射表面120必须被正确地对准以确保***100适当地运行。具体地，从激光器110发出的光112必须到达反射表面120，使得光112反射回到探测器122。清洗反射表面120要求，例如，反射镜被从***移除、清洗、放置回到***中并且重新对准。这种移除和重新对准过程经常要求用于移除和重新对准的一套专用工具。因而，期望具有一种其中反射表面120能够容易地移除的***，使得可以在不需要重新对准或专用工具的情况下清洗和替代反射表面120。
图2A和2B图示了根据本发明的实施例的光学对准机构210。具体地，图2A示出了联接到样品管250的对准机构，而图2B示出了设置在过程***200中的对准机构。关于图3和图4进一步详细地描述了对准机构210的构件。如图2A和2B所示，对准机构210还能够通过例如包括焊接的任何适当的技术来连接到各种其它装置。
图3是作为反射表面壳体300的一部分的对准机构210的图解视图。在一个实施例中，反射表面壳体300由对准机构210和例如反射镜212的反射表面组成。对准机构210包括在界面234处与主体232接合的反射器座架230。界面234允许在至少两个自由度上相对于主体232调节反射器座架230的位置。在图示的示例中，界面234是球形面。在一个实施例中，可以在界面234处提供润滑剂以增强功能。界面234还可以包括密封件，以确保周边环境***漏进入过程区域118中并且不影响***100所提供的测量值。此外，该密封件有助于确保来自过程区域118的过程气体不能泄漏进入周边环境中。在示出的示例中，密封件236设置在反射器座架230中的沟槽238内。并且，反射镜212和反射器座架230之间的潜在泄漏路径被密封件242覆盖。
反射器座架230包括肩部240，或其它适当的结构，以接收和可靠地安装反射镜212。另外，垫圈或O型环密封件242被设置以将反射镜212密封到反射器座架230。闩锁环216联接到主体232，并且尺寸形成为以及定位成与反射器座架230接合。闩锁环216被设计成足够坚固以经受内力，并且确保对准机构210中的有效密封。如图3所示，并且进一步地在图4中详细所示，能够在不移除或调节闩锁环216或反射器座架230的情况下移除反射镜212。
图4是根据本发明的实施例的对准机构的等距视图。对准螺钉220被定位，使得一旦***已经被对准则对准螺钉220维持反射器座架230和主体232之间的固定布置，并且允许调整对准***210的对准以适应示例性***的要求，如上关于图1所述。在图示的实施例中，对准螺钉220被设置成相隔90度，使得每个螺钉都用于调节不同的垂直角度或轴线，从而允许较宽范围的对准选择以适应不同的***。弹簧***222被提供为反作用保持器(counterhold)，并且将反射器座架230压靠在主体232上。盖构件224允许盖214在不使用专用工具的情况下被容易地抓住并且打开。
图3和图4示出的对准机构210可以安装到任何适当的过程或样品装置。一旦该机构附接到适当的装置，则可以通过调节螺钉220而实现对准。随后，如果需要更换或清洗反射器，则盖214可以被移除以允许访问反射器。一旦反射器被替代、修复或清洗，则可以在不需要重新对准反射器的情况下使反射器返回到座架并且使用反射器。因此，在清洗或更换已经被完成之后，没有必要重新对准***，以使得反射表面例如将光从激光器110合适地反射到探测器122，如图1所示。
对准机构210因而实现对过程区域的有效密封，同时还保持了一致性对准，这允许在不需要重新对准***的情况下移除、清洗和重新***反射表面。然而，如图4的对准螺钉220所示，还根据需要容易地改变对准，以实现例如将对准***210从如图2A所示的样品管移动到如图2B所示的过程。这全部都在保持化学工艺期间所需要的有效密封的同时被实现。
虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行改变。例如，尽管已经相对于设置在装置中的特定光学构件(反射镜)总体上描述了本发明的实施例，但是同样可以使用其它光学构件，其中对准与光学构件的安装分离。例如，光学探测器或激光源可以被安装以代替反射镜。另外，可以在以下情况下实践本发明的实施例，即反射表面和源/探测器全部被安装成使得它们的对准独立于它们的座架。
Claims (13)
1.一种用于激光光谱***中的光学装置的可调节座架，所述可调节座架包括：
主体，所述主体被构造成用于安装到包含待检测的流体的工艺过程中，所述主体具有球形表面并且包括面对过程流体的第一侧和与第一侧相对的第二侧；
反射器座架，所述反射器座架安装至所述主体的第二侧，所述反射器座架具有球形表面，反射器座架的球形表面与所述主体的球形表面耦接以在主体和反射器座架之间限定球形界面，所述球形界面允许主体和反射器座架之间的相对运动；
对准装置，至少一个所述对准装置被构造成用于接合反射器座架与主体，以相对于主体控制反射器座架的位置；
光学装置，所述光学装置独立于对准装置而可移除地安装到反射器座架，所述光学装置被密封到反射器座架并且设置成接触待检测的过程流体，其中对准装置配置成在光学装置被安装至反射器座架时引起光学装置保持对准位置；和
盖，所述盖被定位邻近所述光学装置并且被构造成用于将所述光学装置保持在反射器座架内。
2.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述光学装置是反射镜。
3.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述光学装置是探测器。
4.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述光学装置是可调谐激光二极管。
5.根据权利要求1所述的可调节座架，进一步包括设置在界面处的密封件。
6.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述盖包括至少一个特征，所述至少一个特征被构造成允许用手移除所述盖。
7.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述至少一个对准装置包括多个对准装置，所述多个对准装置中的每一个都确定反射器座架的在不同轴线上相对于主体的位置。
8.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述至少一个对准装置包括设置成相隔约90度的一对螺钉。
9.根据权利要求1所述的可调节座架，进一步包括将反射器座架偏压到主体的弹簧。
10.根据权利要求1所述的可调节座架，进一步包括闩锁环，所述闩锁环设置在反射器座架和主体之间并且被构造成用于承受作用在光学装置上的内部压力。
11.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述可调节座架附接到提取物测量管的端部。
12.根据权利要求1所述的可调节座架，其中所述可调节座架附接到凸缘，所述凸缘被构造成用于安装到工艺过程中。
13.根据权利要求1所述的可调节座架，进一步包括设置在界面处的润滑剂。
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