CN105466855B - 基于Herriott多次反射池的样品检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Herriott多次反射池的样品检测装置，包括：检测管，检测管沿轴向的两端分别安装入射反射镜、出射反射镜，且检测管的内腔作为检测室；检测管上设有与检测室连通的进气口和出气口；入射反射镜固定在检测管的一端，且入射反射镜的镜面上开设有入射孔；出射反射镜设置于检测管的另一端，经入射孔射入的光线在入射反射镜与出射反射镜的两相对镜面上进行多次反射，且出射反射镜的镜面上开设供经多次反射后的光线出射以被光检测装置接收的通光窗。其结构简单、安装便利且制造成本低，光程可调、易于实现，且无需单独增设变向装置，由于入射孔、通光窗分别位于检测管轴向的两端，便于光发射装置与光检测装置的安装。

Description

基于Herriott多次反射池的样品检测装置

技术领域

本发明涉及气体检测领域，特别地，涉及一种基于Herriott多次反射池的样品检测装置。

背景技术

在样品检测中，为了提高检测下限，增加光程是非常有效的方法之一；增加光程的方法很多，比较典型的有White池和Herriott池等。例如，申请号为CN200810246800.6的发明专利，公开了一种基于White池结构的多次反射装置。White池结构简单，只需要两块凹面镜，并且反射光点分开排列在两反射镜面上，减少了干涉的产生，也被广泛利用。但是其具有孔径角小，不易调节，入射与反射光夹角较小且不方便激光器和探测器的安装，同时对镜片之间位置精度要求非常高，且光程通常不可调节。申请号为CN201110091139.8的发明专利，公开了一种采用Herriott多次反射样品室的气体检测平台，其在内腔设置变向装置，对入射光和出射光方向进行控制，该方法能很好地解决入射光和出射光夹角过小的问题，但是存在以下不足：1.变向装置会占据一定内部空间，增加了样品室的体积，同时影响光的反射次数，使反射镜镜面不能充分利用；2.该设计结构较为复杂，安装不够方便，同时对两反射镜片之间的配合要求很高；3.该装置光程基本是固定死的，无法做到可调。4.由于多增加了两块变向反射镜，成本也相对会增加。

针对上述不足，为了降低加工、安装精度要求以及环境变化对Herriott多次反射池的影响，并实现光程的可调以满足检测需求，亟需设计一种新型的基于Herroit多次反射池的样品检测装置。

发明内容

本发明提供了一种基于Herriott多次反射池的样品检测装置，以解决现有的样品检测装置的加工、安装精度要求高以及环境变化对Herriott多次反射池的影响或者需要单独增设变向装置导致的反射镜镜面不能充分利用、结构复杂、安装配合度高及制造成本高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于Herriott多次反射池的样品检测装置，包括：检测管，检测管沿轴向的两端分别安装入射反射镜、出射反射镜，且检测管的内腔作为检测室；

检测管上设有与检测室连通的进气口和出气口，进气口用于通入待测样品气，出气口用于气体排出；

入射反射镜固定在检测管的一端，且入射反射镜的镜面上开设有供光发射装置发射的光线射入检测室内以进行多次反射的入射孔；出射反射镜设置于检测管的另一端，经入射孔射入的光线在入射反射镜与出射反射镜的两相对镜面上进行多次反射，且出射反射镜的镜面上开设供经多次反射后的光线出射以被光检测装置接收的通光窗。

进一步地，入射孔偏离入射反射镜的轴心设置，通光窗在出射反射镜上的位置保证多次反射后的光线的至少一个出射光斑通过。

进一步地，出射反射镜在检测管上沿周向可旋转调节。

进一步地，通光窗沿出射反射镜径向的长度覆盖多次反射后的光线沿出射反射镜径向的分布边界，通光窗沿出射反射镜周向的宽度至少保证一个出射光斑通过。

进一步地，通光窗呈方形、圆形、菱形或者不规则形。

进一步地，检测管呈圆筒状，进气口位于检测管一端的侧壁上，出气口位于检测管另一端的侧壁上。

进一步地，入射反射镜与检测管之间和/或出射反射镜与检测管之间设有用于固定和密封连接的密封件。

进一步地，检测管之外设有与入射孔相对设置的光发射装置、与出射孔相对设置的光检测装置。

进一步地，光发射装置采用红外光发射装置或者激光发射器，且经光学透镜将出射的光线经入射孔导入检测室。

进一步地，光检测装置包括光接收模块及用于进行光学检测分析的检测模块，光接收模块用于将出射光传递至检测模块以进行检测分析。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于Herriott多次反射池的样品检测装置，通过在检测管沿轴向的两端分别安装入射反射镜、出射反射镜，且入射孔、通光窗分别设置在入射反射镜、出射反射镜上，经入射孔入射的光线在检测室内经入射反射镜与出射反射镜的两相对镜面进行多次反射，再经通光窗出射以被光检测装置接收，其结构简单、安装便利且制造成本低，光程可调、易于实现且无需单独增设变向装置，充分利用了入射反射镜与出射反射镜的镜面进行光路反射，且由于入射孔、通光窗分别位于检测管轴向的两端，便于光发射装置与光检测装置的安装。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例基于Herriott多次反射池的样品检测装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例入射反射镜的结构示意图；

图3是本发明优选实施例出射反射镜的结构示意图；

图4是本发明优选实施例多次反射的反射光斑在入射反射镜的镜面上的分布示意图；

图5是本发明优选实施例多次反射的反射光斑在不带通光窗的出射反射镜的镜面上的分布示意图；

图6是本发明优选实施例多次反射的反射光斑经出射反射镜上的通光窗出射的示意图。

附图标记说明：

10、检测管；11、进气口；12、出气口；

20、入射反射镜；21、入射孔；

30、出射反射镜；31、通光窗。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

针对现有的Herriott池不易调节，不方便激光器和探测器的安装、且镜片之间的位置精度要求高或者Herriott池需单独增设变向装置影响光的反射次数且结构复杂、安装及光程不便调节、成本高的问题，本实施例提供一种新型的基于Herriott多次反射池的样品检测装置。参照图1，本实施例基于Herriott多次反射池的样品检测装置，包括：检测管10，检测管10沿轴向的两端分别安装入射反射镜20、出射反射镜30，且检测管10的内腔作为检测室；检测管10上设有与检测室连通的进气口11和出气口12，进气口11用于通入待测样品气，出气口12用于气体排出；入射反射镜20固定在检测管10的一端，且入射反射镜20的镜面上开设有供光发射装置发射的光线射入检测室内以进行多次反射的入射孔21；出射反射镜30设置于检测管10的另一端，经入射孔21射入的光线在入射反射镜20与出射反射镜30的两相对镜面上进行多次反射，且出射反射镜30的镜面上开设供经多次反射后的光线出射以被光检测装置接收的通光窗31。

本实施例通过在检测管10沿轴向的两端分别安装入射反射镜20、出射反射镜30，且入射孔21、通光窗31分别设置在入射反射镜20、出射反射镜30上，经入射孔21入射的光线在检测室内经入射反射镜20与出射反射镜30的两相对镜面进行多次反射，再经通光窗31出射以被光检测装置接收，其结构简单、安装便利且制造成本低，便于光程调节，充分利用了入射反射镜与出射反射镜的镜面进行光路反射，且由于入射孔、通光窗分别位于检测管轴向的两端，便于光发射装置与光检测装置的安装。

图2示出了本实施例入射反射镜20的平面图，图3示出了本实施例出射反射镜30的平面图。本实施例中，入射反射镜20、出射反射镜30分别安装在检测管10的两端，两镜片平行且同心，相对距离满足多次反射条件，入射反射镜20固定在检测管10的一端且密封，不需要调节。优选地，出射反射镜30在检测管10上沿周向可旋转调节。优选地，出射反射镜30绕检测管10可360°旋转调节，调节好后可经螺纹或者紧固螺钉锁紧定位并密封。本实施例通过将出射反射镜30设置为周向可调节的结构，可以调整设于出射反射镜30上通光窗31的位置，进而实现出射光对准，既可以起到保证出射光出射的作用，还可以实现光程的可调。

本实施例中，入射孔21偏离入射反射镜20的轴心设置，通光窗31在出射反射镜30上的位置保证多次反射后的光线的至少一个出射光斑通过。

正常情况下的Herriott多次反射池，位置关系符合某一特定条件时，从离轴入射孔入射的光线经过一定次数的反射后一定会从该孔出射，即现有技术中通常将入射孔和出光孔设置在同侧。而多次反射的反射光点在镜片上通常成椭圆分布(参照图4、图5)，只有特定的入射角成圆形分布。

通常的Herriott池，当发生以下几种情况时：

1)、当两镜片之间位置关系发生一定范围的偏差时，从离轴入射孔入射的光线，经多次反射后会偏离该离轴入射孔而无法射出；

2)、当环境温度变化造成光路偏移的时候，同样会出现光无法出射的情况；

3)、某些特殊情况下，当光程需要调节的时候，Herriott多次反射池的光程基本是固定不变的无法做到调节。

且由于同侧安装激光器和探测器，由于入射光和出射光线之间夹角很小，当激光器和探测器尺寸较大，而空间位置有限的时候，会引起安装方面的问题无法解决或者解决较为复杂。

本发明针对以上几种情况，通过在出射反射镜30开有通光窗31，使多次反射后的光不从入射反射镜20的入射孔21出射，而直接拦截在通光窗31上出射。由于反射镜上的反射点通常成椭圆形分布，故该通光窗31在选择一合适宽度的情况下，可以保证只有一个光斑落在该窗口上，而通光窗口设计成某一长度，可以保证无论反射光斑围成的椭圆形状如何，都能保证有一个光斑落在该窗口上。参照图6，即通光窗31沿出射反射镜30径向的长度覆盖多次反射后的光线沿出射反射镜30径向的分布边界，通光窗31沿出射反射镜30周向的宽度至少保证一个出射光斑通过。

本实施例很好地解决了上述因镜片安装的位置关系、环境温度变化导致的光无法射出、激光器和探测器安装受限、Herriott多次反射池光程固定无法调节的问题。使得高精度要求的Herriott多次反射池能够更为容易、且低成本地制造出来。

优选地，本实施例通光窗31呈方形、圆形、菱形等规则或者不规则形。即通光窗31的形状并不限定，只需满足多次反射后的光线的至少一个出射光斑通过。优选地，通光窗31沿出射反射镜30径向的长度覆盖多次反射后的光线沿出射反射镜30径向的分布边界，即所有出射光斑沿径向上均能通过；通光窗31沿出射反射镜30周向的宽度至少保证一个出射光斑通过，即不排除会导致两个或者更多的出射光斑落在其上。

优选地，本实施例检测管10呈圆筒状，进气口11位于检测管10一端的侧壁上，出气口12位于检测管10另一端的侧壁上。圆筒状的检测管10结构，便于安装及出射反射镜30的周向调节，且检测室的内部体积最小，便于待测气体的迅速置换。更优选地，为了增强检测室内的气密性，入射反射镜20与检测管10之间和/或出射反射镜30与检测管10之间设有用于密封连接的密封件。本实施例，密封件优选地为O形密封圈。

本实施例中，检测管10之外设有与入射孔21相对设置的光发射装置、与出射孔相对设置的光检测装置。其中，光发射装置采用红外光发射装置或者激光发射器，且经光学透镜将出射的光线经入射孔21导入检测室；光检测装置包括光接收模块及用于进行光学检测分析的检测模块，光接收模块用于将出射光传递至检测模块以进行检测分析。

从以上的描述可以得知，本实施例通过在检测管10沿轴向的两端分别安装入射反射镜20、出射反射镜30，且入射孔21、通光窗31分别设置在入射反射镜20、出射反射镜30上，经入射孔21入射的光线在检测室内经入射反射镜20与出射反射镜30的两相对镜面进行多次反射，再经通光窗31出射以被光检测装置接收，使得对反射池的加工精度和安装要求降低，光路调节更为容易方便；且减少了由于温度等环境因素引起的光路偏移的影响，导致光无法射出或不能完全射出的情况，减少了由于安装和加工过程中精度误差造成的光路偏移的影响，使得光无法射出或不能完全射出的情况。此外，能够根据需求对光程进行调节，非常方便。另，入射光和反射光方向分布在样品池两侧，方便于激光器和探测器的安装。本发明检测装置整体结构紧凑，设计简单，且成本低廉，光程可调、便于实现，从而满足了高精度要求的Herriott多次反射池的方便、简单及低成本地制造的需求，具有广泛的适用性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，包括：检测管(10)，所述检测管(10)沿轴向的两端分别安装入射反射镜(20)、出射反射镜(30)，且所述检测管(10)的内腔作为检测室；

所述检测管(10)上设有与所述检测室连通的进气口(11)和出气口(12)，所述进气口(11)用于通入待测样品气，所述出气口(12)用于气体排出；

所述入射反射镜(20)固定在所述检测管(10)的一端，且所述入射反射镜(20)的镜面上开设有供光发射装置发射的光线射入所述检测室内以进行多次反射的入射孔(21)；所述出射反射镜(30)设置于所述检测管(10)的另一端，经所述入射孔(21)射入的光线在所述入射反射镜(20)与所述出射反射镜(30)的两相对镜面上进行多次反射，且所述出射反射镜(30)的镜面上开设供经所述多次反射后的光线出射以被光检测装置接收的通光窗(31)；

所述入射孔(21)偏离所述入射反射镜(20)的轴心设置，所述通光窗(31)沿所述出射反射镜(30)径向的长度覆盖所述多次反射后的光线沿所述出射反射镜(30)径向的分布边界，所述通光窗(31)沿所述出射反射镜(30)周向的宽度至少保证一个出射光斑通过；

通过在检测管(10)沿轴向的两端分别安装入射反射镜(20)、出射反射镜(30)，且入射孔(21)、通光窗(31)分别设置在入射反射镜(20)、出射反射镜(30)上，经入射孔(21)入射的光线在检测室内经入射反射镜(20)与出射反射镜(30)的两相对镜面进行多次反射，再经通光窗(31)出射以被光检测装置接收，使得对反射池的加工精度和安装要求降低，光路调节更为容易方便；且减少了由于环境因素引起的光路偏移的影响，导致光无法射出或不能完全射出的情况，减少了由于安装和加工过程中精度误差造成的光路偏移的影响，使得光无法射出或不能完全射出的情况。

2.根据权利要求1所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述出射反射镜(30)在所述检测管(10)上沿周向可旋转调节。

3.根据权利要求2所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述通光窗(31)沿所述出射反射镜(30)周向的宽度至少保证一个出射光斑通过。

4.根据权利要求3所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述通光窗(31)呈方形、圆形、菱形或者不规则形。

5.根据权利要求1至4任一所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述检测管(10)呈圆筒状，所述进气口(11)位于所述检测管(10)一端的侧壁上，所述出气口(12)位于所述检测管(10)另一端的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述入射反射镜(20)与所述检测管(10)之间和/或所述出射反射镜(30)与所述检测管(10)之间设有用于固定和密封连接的密封件。

7.根据权利要求5所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述检测管(10)之外设有与所述入射孔(21)相对设置的光发射装置、与所述出射孔相对设置的光检测装置。

8.根据权利要求7所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述光发射装置采用红外光发射装置或者激光发射器，且经光学透镜将出射的光线经所述入射孔(21)导入所述检测室。

9.根据权利要求7所述的基于Herriott多次反射池的样品检测装置，其特征在于，

所述光检测装置包括光接收模块及用于进行光学检测分析的检测模块，所述光接收模块用于将出射光传递至所述检测模块以进行检测分析。