[发明专利]一种适用于烟气连续监测系统的气体吸收池光路结构

说明书

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别是一种适用于烟气连续监测系统的气体吸收池光路结构。

背景技术

利用气体吸收光谱特性的检测技术具有可扩展性强、适应范围广等诸多优点，被广泛应用于有害气体的检测技术中。针对微量低浓度污染气体测量的需求，长光程测量池是一种有效的解决方案，适合应用在基于比尔－朗伯定律的检测仪器中。长光程测量池的典型结构是怀特池，如图4所示，主要由三片曲率半径相同的凹面镜组成，其中两片较小，设置在池体的一端，一片较大，设置在池体的另一端，三个凹面镜的曲率中心分别落在彼此的镜面上，通过调节三个凹面镜的角度和入射光线位置及角度，可以实现光线在三个镜面间的多次往返反射，实现较长光程。

目前市场上有售的大部分光检测仪器均选用氙灯光源，由此获得的入射光束本身就存在一定的发散角，所以在传播一定距离后落在反射镜上时形成的光斑会很大，这样反射镜就无法将光束能量如数反射，导致损失掉部分能量，由此也限制了怀特池单回程的长度，从而影响了进行多次折返、增加光程来实现增强气体吸收光能量的目的；此外，由于在测量过程中主要利用的是氙灯中200-400nm深紫外波段光，但由于其波长较短，光子能量较高，而目前常用的反射镜上所镀的普通铝膜对于深紫外波段光正好有较强的吸收效应，导致反射率偏低，所以，在多次往返反射的过程中必然会损失很大一部分光能量，再加上被池内被测气体，尤其是高浓度的污染气体的吸收的量，使探测器最终接受到的光谱信号会很弱，检测信号的信噪比很高，从而影响检测灵敏度和准确度。因此，如何提高平行光束的准直度、缩小投射光斑以有利于扩展光程长度、增强气体的吸光率，确保检测气体浓度的准确性，以及如何提高反射镜的反射率，以减少光能损耗，确保提高检测信号的信噪比，提高检测灵敏度，已成为目前困扰业界、并倍受关注和都在探索解决的一大问题。

发明内容

本发明的目的是要克服目前气体吸收池由光路结构方面存在的不足而导致的光束准直度差、不能较长距离传送和传送过程中能量损耗大的不足，提供一种能确保经准直后的平行光束能保持较长距离的准直度，便于拓展光程和减少传送过程中光能损耗、有利于提高检测精度、特别适用于烟气连续监测系统的气体吸收池光路结构。

本发明的适用于烟气连续监测系统的气体吸收池光路结构是这样的。首先，设计一个结构 新颖、能对来自光源的发散状光束进行准直处理后生成具有较高准直度、便于较长距离传送的平行光束的准直光镜，同时，改变反射镜反射面的镀层结构，以降低反射面对深紫波段光的吸收率、提高反射率，减少光束在往返折射过程中过多的能量损耗，从而确保被测气体对光的充分吸收，提高检测精确度。

本发明的气体吸收池光路结构主要包含入光端构件、出光端构件和设置在池体腔内的内部光路构件，其中：入光端构件包含有与灿灯发散状光源光束光路相连的入射光纤和具有将发散状光源光束折射变换为平行光束功能的准直镜；出光端构件包含有将出射的平行光束折射变换为出射光斑功能的聚焦镜、与光谱分析仪光路相连的出射光纤；内部光路构件由三个拥有相同曲率半径的球形凹面镜构成的光路折返式长光程怀特池充任，其中两个小凹面镜A 和A’的结构尺寸完全相同，并列安装设置在池体的一端，大凹面镜B安装设置在池体的另一端，特征在于：所述的准直镜由深紫外波段透过率较高的紫外熔融石英玻璃制成，具有将入射光纤传送来的发散状光源光束折射变换成至少在500mm内不会发散的平行光束的功能，由扁平状圆柱A和外凸状弧形折射面A互连构成的一体式非球面透镜充任；所述的聚焦镜由深紫外波段透过率较高的紫外熔融石英玻璃制成，具有将平行光束先折射变换成收敛光束，再聚焦变换成直径小于3mm、便于出射光纤如数接收的较小光斑功能，由中间扁平状圆柱A和位于中间扁平状圆柱A前后两侧的外凸状弧形折射面B构成的一体式非球面双凸透镜充任；所述的内部光路构件中所述的两个小凹面镜A和A’及大凹面镜B 的内凹面上分别镀设有对深紫外波段光的反射率达到90%以上的紫外增强铝膜。