CN213302015U - 单色器及二氧化硫分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单色器及二氧化硫分析仪，单色器包括单色器主体，所述单色器主体内设有凸透镜、第一光阑、光栅、凹面反射镜和狭缝，光源依次经所述凸透镜、所述第一光阑、所述光栅、所述凹面反射镜和所述狭缝以致输出单色光。本实用新型一种单色器通过使用凸透镜进行准直，减小光路体积，提高光源利用率。使用第一光阑进行光束限制，利用近轴光束像差小的特点，得到需要的准直光束。使用光栅和凹面反射镜进行分光和聚焦，得到优质的成像结果。使用狭缝选择需要的波长，出射单色光。采用本单色器，可以得到比干涉滤光片和反射单色组件更好的单色光，其中心波长更准，带宽更低。该单色器利用凸透镜准直，减少了光程。

Description

单色器及二氧化硫分析仪

技术领域

本实用新型涉及二氧化硫分析仪技术领域，更具体地说是指一种单色器及二氧化硫分析仪。

背景技术

光学紫外荧光法检测二氧化硫的分析仪都是使用213.8nm的紫外光进行激发。目前比较普遍的光源是锌灯和氙灯。由于锌灯存在光强衰减比较快，寿命短的问题，而脉冲氙灯的寿命长，至少可以使用3-5年，因此采用氙灯作为光源具有更大长期使用的成本优势。

用氙灯作为光源时，分析仪都是使用干涉滤光片或者反射单色器来进行滤光，得到需要的单色光。该方式存在带宽较大(≥10nm)，谱型不对称，中心波长无法精准匹配需要的单色波长的问题。从而导致暗噪声增加或者信噪比低的问题。

目前二氧化硫分析仪的单色器还没有使用光栅单色器。采用光栅单色器作为分光组件能够解决上述存在的问题。市面上存在的单色器类型主要有以下几种：

a)Czerny-Turner型单色器:主要特点是所采用的光学元件少，光通量大，分辨率较高，较易做到高准确性。

b)Ebert-Fastie单色器:用一个大镜子代替两个聚集镜，特点是光学元件更少，成本低，但聚集调整困难，准确性较差。

c)S-N型光栅单色器：使用凹面光栅作为分光元器件，结构简单，聚光能力强，只有一个反射面，光损耗小，但是光路结构较长。

d)Littrow单色器:与Ebert-Fastie型类似，将大镜子改为一个小镜子。用同一区域将光线反射到光栅上，再将由光栅返回的光导向出射狭缝，但是杂散光较严重。

e)Monk-Gilieson型光栅单色器：只有一个凸透镜和光栅，利用透镜成像的原理，实现光路聚焦。像差较大，杂散光严重。

以上a-d都是使用凹面反射镜进行光路准直，为了能够放下其他光学器件，光路设计中凹面反射镜的焦距较大，光源距离准直镜面的距离较长，因此单色器体积较大，不适合放在小型化设备中使用。对有较大发散角的光源，长焦距还导致大部分光能量不能被有效准直，导致光能量的损失较大。如果没有进行合理的杂散光处理，还会提高出射光的杂散光水平。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单色器及二氧化硫分析仪。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种单色器，包括单色器主体，所述单色器主体内设有凸透镜、第一光阑、光栅、凹面反射镜和狭缝，光源依次经所述凸透镜、所述第一光阑、所述光栅、所述凹面反射镜和所述狭缝以致输出单色光。

其进一步技术方案为：所述凸透镜卡接于所述单色器主体的左侧，所述第一光阑设于所述凸透镜的右侧，所述光栅设于所述第一光阑的对面，所述凹面发射镜设于所述第一光阑的下方。

其进一步技术方案为：所述第一光阑、所述光栅、所述凹面反射镜和所述单色器主体的内壁围合形成一腔体。

其进一步技术方案为：所述狭缝设于所述腔体的右侧并与所述腔体相连通。

其进一步技术方案为：所述单色器主体的底部设有固定环，所述凸透镜与所述固定环卡接固定。

一种二氧化硫分析仪，包括光源、检测室、PMT管以及如上所述的单色器，所述单色器的输入端与所述光源连通，输出端与所述检测室连通，所述PMT管设于所述检测室的上方，所述光源经所述单色器输出至所述检测室以激发所述检测室内的二氧化硫产生荧光，所述PMT管用于检测荧光强弱以得到被激发的二氧化硫的浓度。

其进一步技术方案为：所述光源为氙灯，所述单色器的输出端与所述检测室之间设有聚光透镜。

其进一步技术方案为：所述聚光透镜的输出光路上设有第二光阑，所述第二光阑与所述检测室连接固定。

其进一步技术方案为：所述检测室与所述PMT管之间设有滤光镜片。

其进一步技术方案为：所述二氧化硫分析仪还包括光电二极管，所述光电二极管与所述PMT管电连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型一种单色器通过使用凸透镜进行准直，减小光路体积，提高光源利用率。使用第一光阑进行光束限制，利用近轴光束像差小的特点，得到需要的准直光束。使用光栅和凹面反射镜进行分光和聚焦，得到优质的成像结果。使用狭缝选择需要的波长，出射单色光。采用本单色器，可以得到比干涉滤光片和反射单色组件更好的单色光，其中心波长更准，带宽更低。该单色器利用凸透镜准直，减少了光程，降低大散射角带来的能量损失，并且总体体积减小，能够应用到小型化的分析仪中。一种二氧化硫分析仪采用单色器可以调节出射狭缝的波长，光谱带宽能够做到3nm，单色性要优于滤光片，能够得到更好的信噪比和响应度。单色光入射到检测室内，激发检测室内的二氧化硫产生荧光。使用PMT管测量产生的荧光信号，荧光信号的强弱与二氧化硫的浓度线性相关，从而能顺利监测二氧化硫的浓度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为单色器的剖视图；

图2为二氧化硫分析仪的剖视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1所示，一种单色器1，包括单色器主体10，单色器主体10内设有凸透镜11、第一光阑12、光栅13、凹面反射镜14和狭缝15，光源依次经凸透镜11、第一光阑12、光栅13、凹面反射镜14和狭缝15以致输出单色光。使用凸透镜11进行准直，减小光路体积，提高光源利用率。使用第一光阑12进行光束限制，利用近轴光束像差小的特点，得到需要的准直光束。使用光栅13和凹面反射镜14进行分光和聚焦，得到优质的成像结果。使用狭缝选择需要的波长，出射单色光。采用本单色器1，可以得到比干涉滤光片和反射单色组件更好的单色光，其中心波长更准，带宽更低。该单色器1利用凸透镜11准直，减少了光程，降低大散射角带来的能量损失，并且总体体积减小，能够应用到小型化的分析仪中。

具体地，如图1所示，凸透镜11卡接于单色器主体10的左侧，第一光阑12设于凸透镜11的右侧，光栅13设于第一光阑12的对面，凹面发射镜设于第一光阑12的下方。使用凸透镜11对光源进行准直后将输出光线传输至第一光阑12进行光束限制，利用近轴光束像差小的特点，得到需要的准直光束，从第一光阑12输出的光线经光栅13和凹面反射镜14进行分光和聚焦，得到优质的成像结果，结构设置合理。

具体地，如图1所示，第一光阑12、光栅13、凹面反射镜14和单色器主体10的内壁围合形成一腔体17，腔体17为光线传播提供空间。

具体地，如图1所示，狭缝15设于腔体17的右侧并与腔体17相连通，使用狭缝选择需要的波长，出射单色光。结构设置合理。

具体地，如图1所示，单色器主体10的底部设有固定环16，凸透镜11与固定环16卡接固定。采用卡接的方式连接牢固且方便拆卸。

如图2所示，一种二氧化硫分析仪，包括光源2、检测室4、PMT管6以及如图1所示的单色器1，单色器1的输入端与光源2连通，输出端与检测室4连通，PMT管6设于检测室4的上方，光源2经单色器1输出至检测室4以激发检测室4内的二氧化硫产生荧光，PMT管6用于检测荧光强弱以得到被激发的二氧化硫的浓度。采用单色器1可以调节出射狭缝的波长，光谱带宽能够做到3nm，单色性要优于滤光片，能够得到更好的信噪比和响应度。相比常见的光栅13单色器1，该方案利用凸透镜11准直，减少了光程，降低大散射角带来的能量损失，并且总体体积减小，能够应用到小型化的分析仪中。PMT管6即光电倍增管，是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。单色光入射到检测室4内，激发检测室4内的二氧化硫产生荧光。使用PMT管6测量产生的荧光信号，荧光信号的强弱与二氧化硫的浓度线性相关，从而能顺利监测二氧化硫的浓度。

具体地，如图2所示，光源2为氙灯，提高光源2利用率，同时采用氙灯作为光源2具有更大长期使用的成本优势。单色器1的输出端与检测室4之间设有聚光透镜3。使用聚光透镜3对出射的单色光进行聚焦，入射到检测室4内，在聚焦处激发二氧化硫产生荧光。

具体地，如图2所示，聚光透镜3的输出光路上设有第二光阑7，第二光阑7与检测室4连接固定。使用第二光阑7进行光束限制。利用近轴光束像差小的特点，得到需要的准直光束。

具体地，如图2所示，检测室4与PMT管6之间设有滤光镜片5，通过滤光镜片5以去除杂光。

具体地，二氧化硫分析仪还包括光电二极管(图中未标注)，光电二极管与PMT管6电连接。使用光电二极管监测单色光的信号强度，判断光源2***是否正常。

具体地，二氧化硫分析仪的检测流程为：样气从采样口进入颗粒物过滤器，经电磁阀进入除烃管，在除烃管内去除烃类物质对二氧化硫的干扰后，样气进入检测室4，在检测室4内被213.8nm的紫外光激发，发射的荧光被与激发光源光路方向垂直的PMT管6检测，经过紫外激发后的样气出检测室4，连接一个三通接头，其中一路接压力传感器，检测气路***的压力；另一路流经流量传感器，检测气路的流量。然后经过限流部件限定气路***的流量后，进入除烃管的外管，经过外管后被采样泵抽走，从排气口排到仪器外部。

与现有技术相比，本实用新型一种单色器通过使用凸透镜进行准直，减小光路体积，提高光源利用率。使用第一光阑进行光束限制，利用近轴光束像差小的特点，得到需要的准直光束。使用光栅和凹面反射镜进行分光和聚焦，得到优质的成像结果。使用狭缝选择需要的波长，出射单色光。采用本单色器，可以得到比干涉滤光片和反射单色组件更好的单色光，其中心波长更准，带宽更低。该单色器利用凸透镜准直，减少了光程，降低大散射角带来的能量损失，并且总体体积减小，能够应用到小型化的分析仪中。一种二氧化硫分析仪采用单色器可以调节出射狭缝的波长，光谱带宽能够做到3nm，单色性要优于滤光片，能够得到更好的信噪比和响应度。单色光入射到检测室内，激发检测室内的二氧化硫产生荧光。使用PMT管测量产生的荧光信号，荧光信号的强弱与二氧化硫的浓度线性相关，从而能顺利监测二氧化硫的浓度。

上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种单色器，其特征在于，包括单色器主体，所述单色器主体内设有凸透镜、第一光阑、光栅、凹面反射镜和狭缝，光源依次经所述凸透镜、所述第一光阑、所述光栅、所述凹面反射镜和所述狭缝以致输出单色光。

2.根据权利要求1所述的单色器，其特征在于，所述凸透镜卡接于所述单色器主体的左侧，所述第一光阑设于所述凸透镜的右侧，所述光栅设于所述第一光阑的对面，所述凹面反射镜设于所述第一光阑的下方。

3.根据权利要求2所述的单色器，其特征在于，所述第一光阑、所述光栅、所述凹面反射镜和所述单色器主体的内壁围合形成一腔体。

4.根据权利要求3所述的单色器，其特征在于，所述狭缝设于所述腔体的右侧并与所述腔体相连通。

5.根据权利要求4所述的单色器，其特征在于，所述单色器主体的底部设有固定环，所述凸透镜与所述固定环卡接固定。

6.一种二氧化硫分析仪，其特征在于，包括光源、检测室、PMT管以及如权利要求1至5任意一项所述的单色器，所述单色器的输入端与所述光源连通，输出端与所述检测室连通，所述PMT管设于所述检测室的上方，所述光源经所述单色器输出至所述检测室以激发所述检测室内的二氧化硫产生荧光，所述PMT管用于检测荧光强弱以得到被激发的二氧化硫的浓度。

7.根据权利要求6所述的二氧化硫分析仪，其特征在于，所述光源为氙灯，所述单色器的输出端与所述检测室之间设有聚光透镜。

8.根据权利要求7所述的二氧化硫分析仪，其特征在于，所述聚光透镜的输出光路上设有第二光阑，所述第二光阑与所述检测室连接固定。

9.根据权利要求8所述的二氧化硫分析仪，其特征在于，所述检测室与所述PMT管之间设有滤光镜片。

10.根据权利要求9所述的二氧化硫分析仪，其特征在于，所述二氧化硫分析仪还包括光电二极管，所述光电二极管与所述PMT管电连接。

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