專利名稱：用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環(huán)境檢測與分析技術所用的光學儀器領域，是一種應用于采用激 光吸收光譜技術進行的實時環(huán)境在線高靈敏氣體濃度測量裝置中的長光程開放吸收反射 池的可調(diào)整結(jié)構，具體為一種用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池。
背景技術：
傳統(tǒng)的多次反射池主要包括White池和Herriott池，前者的特點是孔徑角較大， 適用于普通光源和激光光源，反射次數(shù)較多，光路相對易于調(diào)節(jié)，可以通過改變反射次數(shù)來 調(diào)節(jié)光程的長度。但所用反射鏡較多，在改進的White池中有的還加了角反鏡。Herriott 池的的光學系統(tǒng)較為簡單，由兩個球面鏡組成，其特點是結(jié)構簡單，光路調(diào)節(jié)相對較易，但 其孔徑角較小，適用于激光光源，另外其反射光斑位于鏡面的邊緣，鏡面沒能得到充分的利 用；且反射次數(shù)與鏡間距離及曲率半徑密切相關，一旦光路固定下來，反射次數(shù)就無法改 變，不具有光程調(diào)節(jié)的靈活性。后來發(fā)展過程中出現(xiàn)他們的各種改進形式，用來消除像差， 增多反射次數(shù)，提高光程長度。對于高靈敏氣體濃度測量系統(tǒng)，理想的多次反射池結(jié)構應具 有以下幾點特征(1)外形緊湊，結(jié)構穩(wěn)定可靠。多次反射池是TDLAS系統(tǒng)中較大的部件，它的尺寸 會影響到整個儀器的大小及重量，所以外形設計要盡量的小而緊湊。此外，小容積也有利于 實現(xiàn)對多次反射池的快速沖洗，進行樣品光譜和背景光譜的交替測量。(2)能夠方便的調(diào)節(jié)光路，在用來接收出射光的探測器的響應范圍內(nèi)，可以盡可能 的增大反射次數(shù)。(3)能夠有效地消除光學像差。消除光學像差有著重要的意義，不但可以避免光學 條紋的產(chǎn)生，還可以保證出射光聚焦于探測器的接收面，提高相應的靈敏度。(4)耐環(huán)境溫度變化能力強。外界溫度變化會導致多次反射池形變，由于反射次數(shù) 多，非常小的變形都會使得反射路徑改變，因此精心選擇端鏡及其緊固件材料對多次反射 池的性能非常重要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反 射池，結(jié)構簡單緊湊，光程易于改變，光機性能穩(wěn)定，通過精細的光路調(diào)節(jié)可以有效地消除 F-P干涉條紋的影響。為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，包括有前、后鏡架固定端 板，所述前、后鏡架固定端板之間連接有多根相互平行的固定拉桿，所述前、后鏡架固定端 板相對的面為內(nèi)板面，后鏡架固定端板的內(nèi)板面上固定有與后鏡架固定端板板面平行的后 鏡片架，其特征在于所述前鏡架固定端板的內(nèi)板面固定連接有固定凹臺，還通過彈性連接 件連接有運動凹臺，所述固定凹臺和運動凹臺的臺面均與前鏡架固定端板板面平行，固定
3凹臺和運動凹臺彼此對合構成前鏡片架，所述前鏡片架與后鏡片架相對，在固定凹臺和運 動凹臺兩端分別成型有臺階，前鏡架固定端板對應臺階之間空隙的位置開有供光出入的通 光孔，所述運動凹臺與前鏡架固定端板相對的背部的底部中心位置開有球形凹槽，有前端 帶有鋼珠的螺栓頂柱從前鏡架固定端板外板面穿過所述前鏡架固定端板，其前端的鋼珠抵 頂在所述運動凹臺背面的球形凹槽中，在運動凹臺背部的球形凹槽正上方和正側(cè)方分別開 有長槽，有前端帶有鋼珠的絲桿從前鏡架固定端板外板面穿過所述前鏡架固定端板，其前 端的鋼珠抵頂在所述運動凹臺背面的長槽內(nèi)。所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特征在于所述 前、后鏡架固定端板為相同的等邊三角形，固定拉桿有三根，連接在所述前、后鏡架固定端 板的三個頂角之間，所述后鏡片架為固定在后鏡架固定端板的內(nèi)板面的圓形凹臺，所述運 動凹臺為位于前鏡架固定端板上部的上半圓凹臺，固定凹臺為螺合于前鏡架固定端板下部 的下半圓凹臺，運動凹臺與固定凹臺對合構成圓形的前鏡片架。所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特征在于所述 絲桿位于前鏡架固定端板外板面的端頭上安裝有手柄，在前鏡架固定端板外板面上還設置 有絲桿套，套在所述絲桿露出前鏡架固定端板外板面部分的外部。所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特征在于所述 彈性連接件包括螺栓，從螺栓兩端面處開有螺紋孔，所述螺栓穿過前鏡架固定端板和運動 凹臺，在螺栓兩端分別有螺釘螺合在螺栓位于前鏡架固定端板外和運動凹臺外的兩端螺孔 中，所述螺釘與凹臺通孔、運動凹臺上之間的螺栓外還分別套有多個彈性碟簧。所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特征在于所述 螺栓位于螺栓頂柱和絲桿之間，由螺栓頂柱、螺栓頂柱正上方的螺栓、螺栓頂柱正上方的絲 桿組成的直線，和由螺栓頂柱、螺栓頂柱正側(cè)方的螺栓、螺栓頂柱正側(cè)方的絲桿組成的直線 相互垂直。本實用新型的優(yōu)點為其一，前鏡片架分為固定凹臺和運動凹臺兩部分，通過調(diào)節(jié)運動凹臺的兩維方向 使光程長度得到改變，解決了 Herriott池中反射次數(shù)無法改變不具有光程調(diào)節(jié)靈活性的 缺點；其二，整個反射池中只需要安裝一塊后反射鏡片和兩塊半圓的前反射鏡片，解決了 White池中反射鏡片較多，調(diào)整光程相對困難的缺點；其三，鋼珠的存在，以及其與絲桿、螺 栓頂柱呈直線設置，且運動凹臺底部中心位置處的螺栓頂柱的鋼珠的球形面抵頂在運動凹 臺背面的球形凹槽中，使其成為運動凹臺唯一的支撐點，而絲桿通孔中的絲桿前端的鋼珠 與運動凹臺的接觸面是一長槽，可使運動凹臺沿著該槽做一維方向的調(diào)節(jié)，而不影響其他 方位或受其他方位調(diào)節(jié)時的干擾，做到了兩個方位的調(diào)節(jié)互補，起到一步到位調(diào)整光程的 作用；其四，彈性連接件中的彈性碟簧與前鏡架固定端板、前鏡片架運動凹臺的接觸面均為 圓環(huán)面接觸，彈性碟簧經(jīng)過擠壓后不會發(fā)生扭曲，使其調(diào)節(jié)靈敏、穩(wěn)固，且其作用面積大、發(fā) 布均勻，因此調(diào)整完后不需另行鎖緊，其抗環(huán)境震動、溫度變化影響的能力強；其五結(jié)構 簡單，實用方便、可靠，實用性強。且元部件少，體積小巧、便于攜帶，可用于分布式多點探 測；對制造和裝配要求較低，裝配方便，便于批量生產(chǎn)。

圖1為本實用新型結(jié)構左視圖。圖2為本實用新型結(jié)構右視圖。圖3為本實用新型結(jié)構前視圖。圖4為本實用新型結(jié)構剖視圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3及圖4所示。用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反 射池，包括設有固定拉桿通孔27和后鏡片架的固定通孔26的后鏡架固定端板1，設有固定 拉桿通孔27和凹臺通孔19、螺紋通孔20、螺紋孔21、通光孔22、絲桿通孔27的前鏡架固定 端板2，后鏡架固定端板1和前鏡架固定端板2通過三副固定拉桿3連接并固定，且保持平 行，固定拉桿3穿過固定拉桿通孔27的端頭處成型有螺紋，在前、后鏡架固定端板的外板面 上有固定螺帽4螺合在固定拉桿的端頭上。做為后鏡片架的圓形凹臺5帶有外螺紋，鎖緊 蓋6帶有內(nèi)螺紋，圓形凹臺5的外螺紋穿過固定通孔26，鎖緊蓋6與圓形凹臺5螺合，圓形 凹臺5被鎖緊蓋6鎖緊固定在后鏡架固定端板1上；前鏡片架由一個半圓形的固定凹臺8 和一個半圓形的運動凹臺7組成，且兩個半圓形凹臺組成一個圓形凹臺。固定凹臺8通過 螺釘固定在前鏡架固定端板2下端，運動凹臺7通過彈性連接件與前鏡架固定端板2連接， 運動凹臺7上還抵頂有一端帶有鋼珠12的絲桿、位于運動凹臺底部相應位置帶有鋼珠13 的螺栓頂柱9。后鏡架固定端板1和前鏡架固定端板2都為等邊三角形且尺寸相同，其三個頂角 的相同部位各設有一個固定拉桿通孔27，通過固定拉桿3進行連接固定，固定拉桿3穿過固 定拉桿通孔27的端頭處成型有螺紋，在前、后鏡架固定端板的外板面上有固定螺帽4螺合 在固定拉桿的端頭上。前鏡架固定端板2上半部分對應運動凹臺7底部中心設有一螺紋通 孔20，螺栓頂柱9穿過螺紋通孔20，其前端抵頂在運動凹臺上，螺紋通孔20的上端與左端 分別依次設有一個絲桿通孔27，絲桿10穿過絲桿通孔27抵頂在運動凹臺上，絲桿通孔27 與螺紋通孔20之間各設有一個凹臺通孔19，彈性連接件穿過凹臺通孔19，連接前鏡片固定 架和運動凹臺；絲桿通孔27、凹臺通孔19和螺紋通孔20呈直線設置，且構成的兩直線呈直 角。前鏡架固定端板2下半部分設有三個螺紋孔21，有螺釘17穿過螺紋孔21，用于固定凹 臺8的連接固定。前鏡架固定端板2對應運動凹臺與固定凹臺結(jié)合處兩端的臺階之間的空 隙處位置各設有一個通光孔22，便于光路的通過。運動凹臺7底部中心位置設有一球形凹槽，螺栓頂柱9上的鋼珠13抵頂在該球形 凹槽中；運動凸臺對應螺紋通孔上方、一側(cè)絲桿通孔的位置分別設有長槽，兩長槽的槽面分 別為直角，且兩長槽呈垂直位置，隨著調(diào)整用的手柄11的轉(zhuǎn)動帶動運動凹臺7的平動，絲桿 10前端的鋼珠12可沿著長槽滑動；運動凹臺的通孔23與前鏡架固定端板2上半部分的兩 個凹臺通孔19位置對應，用于彈性連接件的連接。固定凹臺8的一端設有三個螺紋孔24 與前鏡架固定端板2下半部分的三個螺紋孔21位置對應，通過三個螺釘17與前鏡架固定 端板2連接固定。前鏡片架的半圓形的固定凹臺8和半圓形運動凹臺7的相結(jié)合處兩端分 別成型有臺階，臺階之間的空隙為通光口 25，通光口 25且與前鏡架固定端板2中心兩端的 通光孔22為位置對應，便于光路的通過。[0023]絲桿套18嵌接在前鏡架固定端板2上，絲桿10的后端通過螺紋與手柄11相連， 絲桿10的前端為球形凹面內(nèi)嵌鋼珠12，抵頂在運動凹臺7背面的長槽中。彈性連接件為貫穿凹臺通孔的螺栓14，從螺栓14的兩個端面開有螺孔，螺釘15螺 合在螺栓14兩端，螺釘15與凹臺通孔、運動凹臺7背面的通孔之間的螺栓上掛有彈性碟簧 16，其作用是與絲桿10、螺栓頂柱9 一起將前鏡片架運動凹臺7與前鏡架固定端板2相連； 螺栓頂柱9的一端為球形凹面且內(nèi)嵌鋼珠13，另一端有用來松緊螺栓頂柱的一字槽。圓形凹臺5穿過后鏡架固定端板1中心的后鏡片架固定通孔26后由鎖緊蓋6鎖 緊固定在后鏡架固定端板1上；前鏡片架由一個半圓形固定凹臺8和一個半圓形運動凹臺 7組成，且兩個半圓形凹臺組成一個整圓形凹臺，前鏡片架固定凹臺8的下半部有三個螺紋 孔24與前鏡架固定端板2下半部分的三個螺紋孔21同一位置，固定凹臺通過三個螺釘與 前鏡架固定端板2下端連接固定，前鏡片架運動凹臺7底部中心設有球形凹槽，其與穿過前 鏡架固定端板2上半部分底部中心的螺紋通孔20位置對應，螺栓頂柱9穿過螺紋通孔20， 螺栓頂柱9上的鋼珠13抵頂在運動凹臺7的球形凹槽中；運動凹臺7對應絲桿通孔處分別 設置有長槽，兩長槽槽面分別成直角，且兩長槽呈垂直位置，隨著前鏡架固定端板2上手柄 11的轉(zhuǎn)動帶動運動凹臺7的平動，鋼珠12可沿著長槽滑動；球形凹槽與長凹槽之間各設有 一個通孔23且與前鏡架固定端板2上半部分的兩個凹臺通孔19位置對應，用于彈性連接 件的連接；彈性連接件由兩只兩端旋有螺釘15的螺栓14構成，螺栓14貫穿凹臺通孔19、 運動凹臺的通孔23，每只螺栓14的兩端分別穿掛著八只彈性碟簧16，螺釘15將彈性碟簧 16壓緊于凹臺通孔的孔臺上。運動凹臺7通過彈性連接件、一端帶有鋼珠12的絲桿、帶有 鋼珠13的螺栓頂柱9與前鏡架固定端板2上部相連，并與前鏡架固定端板保持平行；兩個 絲桿套18嵌接在前鏡架固定端板2上，絲桿10的一端通過螺紋與手柄11相連，絲桿10的 另一端為球形凹面內(nèi)嵌鋼珠12，與運動凹臺7相抵頂，調(diào)節(jié)光程時通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整手柄11使 運動凹臺7在二維方向發(fā)生平動。使用時將設計制造好的后反射圓鏡片鑲嵌粘合在后鏡片架的圓形凹臺5中，將設 計制造好的兩個半圓前反射鏡片分別鑲嵌粘合在前鏡片架的運動凹臺7和固定凹臺8中， 激光從一個通光孔入射，在前后反射鏡之間來回反射，通過調(diào)節(jié)手柄11使其得到所需光程 的激光并從另一個通光孔出射。
權利要求用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，包括有前、后鏡架固定端板，所述前、后鏡架固定端板之間連接有多根相互平行的固定拉桿，所述前、后鏡架固定端板相對的面為內(nèi)板面，后鏡架固定端板的內(nèi)板面上固定有與后鏡架固定端板板面平行的后鏡片架，其特征在于所述前鏡架固定端板的內(nèi)板面固定連接有固定凹臺，還通過彈性連接件連接有運動凹臺，所述固定凹臺和運動凹臺的臺面均與前鏡架固定端板板面平行，固定凹臺和運動凹臺彼此對合構成前鏡片架，所述前鏡片架與后鏡片架相對，在固定凹臺和運動凹臺對何處兩端分別成型有臺階，前鏡架固定端板對應臺階之間空隙的位置開有供光出入的通光孔，所述運動凹臺與前鏡架固定端板相對的背部的底部中心位置開有球形凹槽，有前端帶有鋼珠的螺栓頂柱從前鏡架固定端板外板面穿過所述前鏡架固定端板，其前端的鋼珠抵頂在所述運動凹臺背面的球形凹槽中，在運動凹臺背部的球形凹槽正上方和正側(cè)方分別開有長槽，有前端帶有鋼珠的絲桿從前鏡架固定端板外板面穿過所述前鏡架固定端板，其前端的鋼珠抵頂在所述運動凹臺背面的長槽內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特 征在于所述前、后鏡架固定端板為相同的等邊三角形，固定拉桿有三根，連接在所述前、后 鏡架固定端板的三個頂角之間，所述后鏡片架為固定在后鏡架固定端板的內(nèi)板面的圓形凹 臺，所述運動凹臺為位于前鏡架固定端板上部的上半圓凹臺，固定凹臺為螺合于前鏡架固 定端板下部的下半圓凹臺，運動凹臺與固定凹臺對合構成圓形的前鏡片架。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特 征在于所述絲桿位于前鏡架固定端板外板面的端頭上安裝有手柄，在前鏡架固定端板外 板面上還設置有絲桿套，套在所述絲桿露出前鏡架固定端板外板面部分的外部。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特 征在于所述彈性連接件包括螺栓，從螺栓兩端面處開有螺紋孔，所述螺栓穿過前鏡架固定 端板和運動凹臺，在螺栓兩端分別有螺釘螺合在螺栓位于前鏡架固定端板外和運動凹臺外 的兩端螺孔中，所述螺釘與凹臺通孔、運動凹臺上之間的螺栓外還分別套有多個彈性碟簧。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池，其特 征在于所述螺栓位于螺栓頂柱和絲桿之間，由螺栓頂柱、螺栓頂柱正上方的螺栓、螺栓頂 柱正上方的絲桿組成的直線，和由螺栓頂柱、螺栓頂柱正側(cè)方的螺栓、螺栓頂柱正側(cè)方的絲 桿組成的直線相互垂直。
專利摘要本實用新型公開了一種用于氣體含量在線監(jiān)測的光程可調(diào)開放式多次反射池。由前、后鏡架固定端板，前、后鏡片架，固定拉桿，手柄和絲桿，彈性連接件和螺栓頂柱組成。固定拉桿將前、后鏡架固定端板固定相連，保持平行。后鏡片架固定在后鏡架固定端板上；前鏡片架分為固定凹臺和運動凹臺，固定凹臺固定在前鏡架固定端板下端，運動凹臺通過彈性連接件、調(diào)整手桿、螺栓頂柱與前固定端板上端相連。使用時將所需的反射鏡片安裝在前、后鏡片架中。旋轉(zhuǎn)調(diào)整手柄即可快速方便的調(diào)整好所需光程。實現(xiàn)了集傳統(tǒng)多次反射池優(yōu)點于一身的目標，結(jié)構簡單緊湊，光程易調(diào)，光機性能穩(wěn)定，精細的光路調(diào)節(jié)可有效消除F-P干涉條紋的影響，完全能夠滿足對環(huán)境空氣中各種氣體含量進行連續(xù)實時監(jiān)測的需要。
文檔編號G01N21/01GK201732052SQ20102024390
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權日2010年6月30日
發(fā)明者吳邊, 夏滑, 張志榮, 涂郭結(jié), 董鳳忠 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所