CN114112963A - 气体遥测望远镜 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种气体遥测望远镜，包含依次设置的光源、校准气室、分光耦合组件和收发一体望远镜；反射镜阵列与收发一体望远镜相匹配，二者相对地间隔设置，在其间形成监测空间；分光耦合组件与光谱仪相连；所述分光耦合组件具有分光镜筒，其内设有分光棱镜；分光棱镜配置为一方面供来自校准气室的光透过，而后进入收发一体望远镜，另一方面供从收发一体望远镜返回的光反射而进入光谱仪。

Description

气体遥测望远镜
技术领域
本申请涉及气体检测技术领域，特别涉及一种气体遥测望远镜。
背景技术
紫外-可见光谱气体遥测在工业安全监控和污染源气体排放遥测中广泛应用，典型应用包括化工园区有毒有害气体监测和道路机动车尾气遥测等。现有的常规紫外-可见光谱气体遥测望远镜存在以下两种缺陷：
第一种缺陷是光源与望远镜之间以及望远镜与光谱仪之间采用光纤连接，采用光纤连接的方式会限制***的光通量，降低信噪比，同时会使得***抗震动性能变差；
第二种缺陷是采用的校准气室光程太短，校准精度受到限制，校准气室还多采用活动方式，需要运动机构来控制进入光路或离开光路，使得机械结构复杂，可靠性降低。
发明内容
为了克服现有技术的一些不足，本申请提供了一种气体遥测望远镜，可用于紫外-可见光谱气体的遥测。
所述气体遥测望远镜包含依次设置的光源、校准气室、分光耦合组件和收发一体望远镜；反射镜阵列与收发一体望远镜相匹配，二者相对地间隔设置，在其间形成监测空间；分光耦合组件还与用于测量的光谱仪相连；其中，
所述校准气室具有供光和校准气体通过的气室镜筒，校准气室的两端分别设有进光口和出光口，进光口用于接收来自光源的光以进入气室镜筒中，出光口用于通过校准气室的光射出而进入分光耦合组件中；所述校准气室还包括分别连接气室镜筒的进气口和出气口，分别用于校准时校准气体的进入和排出。
所述分光耦合组件具有分光镜筒，其内设有分光棱镜；分光棱镜配置为一方面供来自校准气室的光透过，而后进入收发一体望远镜，另一方面供从收发一体望远镜返回的光反射而进入光谱仪。
收发一体望远镜包括靠近分光耦合组件一侧的口径较大的主反射镜和靠近反射镜阵列一侧的口径较小的次反射镜，其中，主反射镜开设有供光通过的通孔。
进入收发一体望远镜的光经过监测空间射向反射镜阵列，经反射镜阵列反射的光再次经过监测空间到达收发一体望远镜。
可选地，所述光源的发光面与校准气室的前焦面重合，收发一体望远镜的焦面与校准气室的后焦面重合。
可选地，所述光源选择光谱覆盖紫外-可见光谱范围的光源。
可选地，所述校准气室为多次反射气室。具体地，所述校准气室为直筒形，其第一端设有第一反射镜，第二端设有第二反射镜；校准气室的进光口位于第一反射镜处，出光口位于第二反射镜处；由进光口进入校准气室的光在第一反射镜与第二反射镜之间多次反射，最后经由出光***出。
可选地，第一反射镜和第二反射镜同轴地相对设置，均为凹面镜，进光口和出光口分别位于对应的凹面镜的中心。
可选地，所述校准气室的靠外的两端分别密封地设有透光的窗片。
可选地，所述分光镜筒开设有第一开口以供来自校准气室的光射入，开设有第二开口以供光后续进入收发一体望远镜，并接收由收发一体望远镜返回的光，以及开设有第三开口以供返回的光进入光谱仪；分光棱镜在分光镜筒内呈45°角放置。
可选地，所述收发一体望远镜采用R-C结构全反射望远镜，所述主反射镜具有口径较大的凹面，次反射镜具有口径较小的凸面，二者相对设置。
可选地，所述反射镜阵列为多个熔石英材质的实心角锥反射镜组成的阵列。
可选地，所述校准气室固定地安装在光源和分光耦合组件之间。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请至少一种实施方式提供的气体遥测望远镜可以解决目前紫外-可见光谱气体遥测望远镜光通量小、结构复杂、校准气室光程短的技术问题。
本申请至少一种实施方式提供的气体遥测望远镜，光源与收发一体望远镜以及收发一体望远镜与光谱仪之间直接耦合，光通量更大、稳定性更好。
本申请至少一种实施方式提供的气体遥测望远镜，集成了长光程的校准气室，校准精度更高，并且是固定安装，无运动部件，可靠性更高。
附图说明
图1为一种实施方式的气体遥测望远镜的剖视示意图；
图2为一种实施方式的反射镜阵列示意图；
图中：1光源；2校准气室，21气室镜筒，22第一反射镜，23第二反射镜，24第一窗片，25第二窗片，26进气口，27出气口；3分光耦合组件，31分光镜筒，32分光棱镜；4收发一体望远镜，41望远镜镜筒，42主反射镜，43第一固定件，44次反射镜，45支撑件，46第二固定件，47第三窗片，48第三固定件；5反射镜阵列，51反射阵列镜筒，52角锥反射镜，53外罩，54第四固定件，55固定盘，56第五固定件，57第四窗片，58第六固定件；6光谱仪；7监测空间。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的一种实施方式提供了一种气体遥测望远镜，可用于紫外-可见光谱气体的检测；如图1、图2所示，该气体遥测望远镜包括依次设置的光源1、校准气室2、分光耦合组件3和收发一体望远镜4；反射镜阵列5间隔地设置，与收发一体望远镜4相匹配，在二者之间形成监测空间7；用于测量的光谱仪6与分光耦合组件3相接，光谱仪6可根据实际的需求而采购相应尺寸的成型产品。
具体地，
所述光源1可以选择脉冲氙灯、氘灯、LED等光谱覆盖紫外-可见光谱范围的光源，以检测紫外-可见光谱的气体吸收光谱。
所述校准气室2为多次反射气室，接收来自光源1的光。具体地，如图1所示，校准气室2的第一端设有第一反射镜22，其第二端设有第二反射镜23，来自光源1的入射光经第一反射镜22中心进光***入校准气室2，并在第一反射镜22与第二反射镜23之间多次反射，最后经由第二反射镜23中心出光***出。
校准气室2为直筒形，第一反射镜22和第二反射镜23同轴地设置，且为相对设置的凹面镜。校准气室由于采用反射镜多次反射技术，因此通过调整反射镜的曲率半径和间距来调整光程，可以同时实现小体积和长光程。
优选地，第一反射镜22进光口处设有供光射入的第一窗片24，第二反射镜23出光口处设有供光射出的第二窗片25；窗片24、25对校准气室2起透光与密封的作用。
所述校准气室2包括气室镜筒21，气室镜筒第一端设有进气口26，气室镜筒第二端设有出气口27，分别用于校准时标准浓度气体的进入和排出；在测量时，一般在校准气室2中通入氮气或空气，此时不起校准的作用。气室镜筒21一方面供光通过，另一方面供标准气体通过。将校准气室固定地安装在光源1和分光耦合组件3之间，使得校准气室2集成了校准和光通道的作用，与常规技术相比，使得校准气室不再外置，从而增加了操作的便利性和准确性。
所述分光耦合组件3具有分光镜筒31，其内设有45°角放置的分光棱镜32；分光棱镜32配置为一方面供来自校准气室2的光透过，进入后续的收发一体望远镜4，另一方面供从收发一体望远镜4返回的光反射进入光谱仪6。分光镜筒31开设有第一开口以供来自校准气室2的光射入，开设有第二开口以供光后续进入收发一体望远镜4并接收由收发一体望远镜4返回的光，还开设有第三开口以供返回的光经由分光棱镜32反射后进入光谱仪6，以便在光谱仪中进行测量。具体地，分光耦合组件3接收来自校准气室2的光，从分光棱镜32的第一面透过分光棱镜32后到达收发一体望远镜4，并继续到达反射镜阵列5，经反射镜阵列5反射回的光再次经过收发一体望远镜4后，而后进入分光耦合组件3内，经过分光棱镜32的第二面反射到达光谱仪6，经由光谱仪6测量，得出测量结果。
光源1发出的光经过校准气室2后从分光棱镜32第一面透过分光棱镜32进入收发一体望远镜4，经过监测空间7，进一步地在反射镜阵列5被反射，反射的光再次经过监测空间7，到达收发一体望远镜4后，经过分光棱镜32的第二面被反射至光谱仪6。
所述的收发一体望远镜4可采用R-C结构全反射望远镜。可选地，收发一体望远镜4包含望远镜镜筒41；靠近分光耦合组件3的收发一体望远镜第一端设有口径较大的凹面的主反射镜42，通过第一固定件43紧固于望远镜镜筒41内；主反射镜42中心设有供光通过的通孔；靠近反射镜阵列5的收发一体望远镜第二端设有口径较小的凸面的次反射镜44，通过支撑件45和第二固定件46紧固于望远镜镜筒41内；具体地，次反射镜44安装于支撑件45上，支撑件45通过第二固定件46安装于望远镜镜筒41上；更进一步收发一体望远镜4靠近反射镜阵列5侧还设有第三窗片47，经第三固定件48紧固于望远镜镜筒41上，用于透光和防护主、次反射镜。来自分光耦合组件3的光从主反射镜42的通孔射向次反射镜44，由次反射镜44反射至主反射镜42，再通过主反射镜42反射至反射镜阵列5；通过反射镜阵列5返回的光先到达主反射镜42，然后到达次反射镜44，由次反射镜44反射到达分光棱镜32并由其反射至光谱仪6中，被光谱仪6所测量。
所述光源1的发光面与校准气室2的前焦面重合；校准气室2的后焦面与收发一体望远镜4的焦面重合。
所述反射镜阵列5可采用现有技术中的成型产品，可为多个熔石英材料的实心角锥反射镜52组成的阵列，与收发一体望远镜相对地设置，用于回向反射来自收发一体望远镜的光。具体地，包括反射阵列镜筒51，其内设有多个实心角锥反射镜52，各个角锥反射镜52具有外罩53，并通过第四固定件54安装于固定盘55上，固定盘55通过第五固定件56固定在反射阵列镜筒51上。反射镜阵列5还具有第四窗片57，其靠近收发一体望远镜4侧，并通过第六固定件58固定在反射阵列镜筒51上，用于透光和保护实心角锥反射镜52。
收发一体望远镜4和反射镜阵列5相匹配，二者相对地设置，其间形成的监测空间7可长达数十米至数百米，用于测量空气是否存在被测目标气体，从而判断空气是否受到污染。收发一体望远镜4和反射镜阵列5的设置可以采用现有的比较成熟的技术，本处不再赘述。
本实施方式提供的光源1与收发一体望远镜3以及收发一体望远镜3与光谱仪6之间直接耦合，避免了光纤的使用，光通量更大、稳定性更好；此外，本实施方式集成长光程的校准气室2，校准精度更高，并且是固定安装，无运动部件，可靠性更高。
所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体遥测望远镜，其特征在于，包含依次设置的光源、校准气室、分光耦合组件和收发一体望远镜；反射镜阵列与收发一体望远镜相匹配，二者相对地间隔设置，在其间形成监测空间；分光耦合组件与光谱仪相连；其中，
所述校准气室具有供光和校准气体通过的气室镜筒，校准气室的两端分别设有进光口和出光口，进光口用于接收来自光源的光以进入气室镜筒中，出光口用于通过校准气室的光射出而进入分光耦合组件中；所述校准气室还包括分别连接气室镜筒的进气口和出气口；
所述分光耦合组件具有分光镜筒，其内设有分光棱镜；分光棱镜配置为一方面供来自校准气室的光透过，而后进入收发一体望远镜，另一方面供从收发一体望远镜返回的光反射而进入光谱仪；
收发一体望远镜包括靠近分光耦合组件一侧的口径较大的主反射镜和靠近反射镜阵列一侧的口径较小的次反射镜，其中，主反射镜开设有供光通过的通孔。
2.根据权利要求1所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述光源的发光面与校准气室的前焦面重合，收发一体望远镜的焦面与校准气室的后焦面重合。
3.根据权利要求1或2所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述校准气室为多次反射气室；具体地，所述校准气室为直筒形，其第一端设有第一反射镜，第二端设有第二反射镜；校准气室的进光口位于第一反射镜处，出光口位于第二反射镜处。
4.根据权利要求3所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜同轴地相对设置，均为凹面镜，进光口和出光口分别位于对应的凹面镜的中心。
5.根据权利要求1,2或4任一项所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述分光镜筒开设有第一开口以供来自校准气室的光射入，开设有第二开口以供光后续进入收发一体望远镜，并接收由收发一体望远镜返回的光，以及开设有第三开口以供返回的光进入光谱仪；分光棱镜在分光镜筒内呈45°角放置。
6.根据权利要求1,2或4任一项所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述收发一体望远镜采用R-C结构全反射望远镜，所述主反射镜具有口径较大的凹面，次反射镜具有口径较小的凸面，二者相对设置。
7.根据权利要求1,2或4任一项所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述反射镜阵列为多个熔石英材质的实心角锥反射镜组成的阵列。
8.根据权利要求1,2或4任一项所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述校准气室固定地安装在光源和分光耦合组件之间。
9.根据权利要求1,2或4任一项所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述光源选择光谱覆盖紫外-可见光谱范围的光源。
10.根据权利要求1,2或4任一项所述的气体遥测望远镜，其特征在于，所述校准气室的靠外的两端分别密封地设有透光的窗片；收发一体望远镜靠近反射镜阵列侧设有透光的窗片。
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