一种小体积长光程的气体检测用光学腔体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种气体检测用光学腔体，由圆柱面反射镜1、平面反射镜2和平面反射镜4组成，其中平面反射经2和平面反射镜4分别位于圆柱面反射镜1上下两侧，入射光线不经过圆柱面反射镜1的中轴线，平面反射镜2或平面反射镜4中心设置台阶式气体交换孔3。本发明所述光学腔体中光源发出的光经反射镜n次反射后到达探测器接收面，大大增加了光程，实现了小体积长光程，可广泛应用于各种光学气体传感器。
【专利说明】一种小体积长光程的气体检测用光学腔体
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学腔体，具体为一种气体检测用光学腔体。属于光学气体传感 器领域。
【背景技术】
[0002] 近年来气体传感器市场的需求不断扩大，其中，光学气体传感器以其稳定性高、寿 命长等优点得到人们的广泛重视，为提高光学传感器性能人们先后设计了 一系列光学腔 体。
[0003] 例如，CN 1735801A公布了一种红外气体传感器，其光学腔体利用2个椭球面共1 个焦点的方法实现了光路的单次折叠反射；WO 2004051240A公布了一种采用螺旋形光路 的气体传感器；CN 101198856 B公布了一种气体传感器光学腔体，利用2个抛物柱面的共 焦点巧妙地实现了光路的多次折叠；CN 102680419 A公布了一种由外腔镜、内腔镜、前腔板 和后腔板构成的光学气体多程腔。
[0004] 虽然，以上已公开的资料设计精巧，但是单次反射的设计有效光程短，多次反射的 设计加工或装配精度要求较高，不利于批量化生产，难以满足目前市场对气体传感器的需 求。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种气体检测用光学腔体， 其光路为多次反射折叠光路，单位面积有效光程长，且加工、装配简单，便于实现批量化生 产。
[0006] 本发明提供的一种气体检测用光学腔体，其特征在于：
[0007] ①所述的腔体是由一个圆柱面反射镜和两个平面反射镜组成，其中两个平面反射 镜分别位于圆柱面反射镜上、下两侧，入射光纤不经过圆柱面反射镜的中心，两个平面反射 镜的中心设置台阶式气体交换孔；探测器轴线与光源轴线相交于圆柱面反射镜的内部；
[0008] ②位于圆柱面下侧的平面反射镜与圆柱面一体成型，与位于圆柱面上侧的平面反 射镜通过扣合方式装配成一体；
[0009] ③台阶式气体交换孔用于防水透气膜的贴装和固定。
[0010] 本发明所述圆柱面反射镜为光路主反射镜，主要负责光线传播过程中平行光的反 射。
[0011] 本发明所述分别位于圆柱面反射镜上、下两侧的两个平面反射境为光路辅助反射 镜，主要负责光线传播过程中散射光的反射。
[0012] 本发明所述气体交换孔为台阶式气体交换孔，以便于防水透气膜的贴装和固定。
[0013] 本发明所述台阶式气体交换孔设置于两个平面反射境的中心，从而可避开了光线 传播的通道，减小了光在传播中的损失。
[0014] 本发明所述探测器轴线与光源轴线相交于圆柱形反射镜内部，否则将不能对入射 光线进行有效的反射。
[0015] 本发明所述光学腔体中光源发出的光到达圆柱面反射境，被圆柱面反射境汇聚反 射到圆柱面另一侧，如此经η (η > 1)次反射后到探测器接收面。
[0016] 根据三角形余弦定理，可得到入射光从入射点到第1次到达圆柱面反射镜的距离 L1为：
【权利要求】
1. 一种气体检测用光学腔体，其特征在于所述的腔体是由一个圆柱面反射镜和两个平 面反射镜组成，其中两个平面反射镜分别位于圆柱面反射镜上、下两侧，入射光纤不经过圆 柱面反射镜的中心，两个平面反射镜的中心设置台阶式气体交换孔；探测器轴线与光源轴 线相交于圆柱面反射镜的内部。
2. 按权利要求1所述的腔体，其特征在于位于圆柱面下侧的平面反射镜与圆柱面一体 成型，与位于圆柱面上侧的平面反射镜通过扣合方式装配成一体。
3. 按权利要求1所述的腔体，其特征在于台阶式气体交换孔用于防水透气膜的贴装和 固定。
4. 按权利要求1所述的腔体，其特征在于光学腔体中光源发出的光到达圆柱面反射 境，被圆柱面反射境汇聚反射到圆柱面另一侧，经次反射后到探测器接收面；其中，η > 1。
5. 按权利要求4所述的腔体，其特征在于入射光从入射点到第1次到达圆柱面反射镜 的距离L1为：
式中R为圆柱面反射镜半径，α为光源入射角，〇〈α〈90°。
6. 按权利要求5所述的腔体，其特征在于α = 14.96°。
7. 按权利要求4所述的腔体，其特征在于入射光经η次反射后到达探测器接收表面的 距离，即光程L为：
式中R为圆柱面反射镜半径，α为光源入射角，η为红外光到达探测器前反射的次数。
8. 按权利要求7所述的腔体，其特征在于η >1。
9. 按权利要求7或8所述的腔体，其特征在于η = 10。
【文档编号】G01N21/01GK104111226SQ201410386287
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】李铁, 刘延祥, 王翊, 王跃林 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所