一种腔衰荡光谱的检测装置的制作方法

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种腔衰荡光谱的检测装置。

背景技术：

腔衰荡光谱(cavityring-downspectroscopy，crds)技术是基于无源腔内吸收光谱而发展起来的高分辨率、高精度吸收光谱技术。crds技术使用测量衰荡时间替代了传统的测量光强衰减，避免激光光强波动对检测结果的影响。

腔衰荡光谱检测装置通常包含一个窄线宽激光光源，和构成谐振腔的两面高反射率反射镜。当激光和谐振腔的模式共振时，腔内光强会因相长干涉迅速增强。之后激光被迅速切断，以探测从腔中逸出光强的指数衰减。由于构成衰荡腔的镜片反射率通常在r＞99.99％，光在衰荡腔内形成高达数十公里的等效吸收光程，从而实现高精度的痕量气体检测。

使用腔衰荡光谱技术对气体检测时，高反射率镜片和较长的单次吸收光程可以实现高灵敏度和低检测限，但是对浓度较高的气体进行检测时，由于高浓气体的吸收导致衰荡信号幅值低且衰荡时间非常短，无法实现浓度解算，限制了腔衰荡装置的检测范围。

为了解决腔衰荡检测装置的检测范围问题，相关技术，例如专利cn201610069954-用于光腔衰荡光谱技术的连续可调长度测试腔，通过改变衰荡腔体的长度，从而改变单次吸收长度，扩展检测范围。上述相关技术通过可调长度测试腔实现气体检测范围的扩展，但是通过运动执行机构实现腔长改变通常会偏离光轴，从而无法保证衰荡腔对镜片空间安装位置的要求，影响检测性能。其次，运动过程中的衰荡腔腔体的密封，虽然使用了一些特殊设计，依然无法满足承压的设计要求。

技术实现要素：

本发明为解决目前为扩展腔衰荡检测装置检测范围而影响衰荡腔腔体密封、影响检测性能的技术问题，提供了一种腔衰荡光谱的检测装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种腔衰荡光谱的检测装置，包括：激光光源，所述激光光源用于发射激光；光束变换模块，所述光束变换模块用于将所述激光变换为第一类光束或第二类光束；直接测量气体检测模块，所述直接测量气体检测模块用于通入所述第一类光束；腔衰荡气体检测模块，所述腔衰荡气体检测模块用于通入所述第二类光束；信号检测模块，所述信号检测模块用于根据所述直接测量气体检测模块通入的所述第一类光束进行高浓度气体检测，或者，根据所述腔衰荡气体检测模块通入的所述第二类光束进行痕量气体检测。

所述激光光源包括激光电源和激光发生单元。

所述激光光源包括准直单元，所述激光光源发射的激光为准直光束。

所述光束变换模块包括声光调制器。

所述光束变换模块还包括隔离器和偏振片。

所述直接测量气体检测模块包括由入射窗口镜组成的密封腔体。

所述腔衰荡气体检测模块包括由两面高反射率的镜片组成的谐振腔。

所述信号检测模块包括对应所述直接测量气体检测模块设置的直接吸收检测单元和对应所述腔衰荡气体检测模块设置的衰荡信号检测单元。

所述直接吸收检测单元设置于所述由入射窗口镜组成的密封腔体之外或之内。

本发明的有益效果：

本发明通过设置光束变换模块、直接测量气体检测模块和腔衰荡气体检测模块，并通过信号检测模块根据通入直接测量气体检测模块的光束进行高浓度气体检测，和通入腔衰荡气体检测模块的光束进行痕量气体检测，由此，既能够实现对低浓度气体的检测，也能够实现对高浓度气体的检测，大大扩展了气体浓度检测范围，并且，该装置在检测过程中不会改变结构或影响腔体的密封，能够有效保证检测性能。

附图说明

图1为本发明一个实施例的腔衰荡光谱的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的腔衰荡光谱的检测装置，包括：激光光源10、光束变换模块20、直接测量气体检测模块30、腔衰荡气体检测模块40和信号检测模块50。其中，激光光源10用于发射激光；光束变换模块20用于将激光变换为第一类光束或第二类光束；直接测量气体检测模块30用于通入第一类光束；腔衰荡气体检测模块40用于通入第二类光束；信号检测模块50用于根据直接测量气体检测模块30通入的第一类光束进行高浓度气体检测，或者，根据腔衰荡气体检测模块40通入的第二类光束进行痕量气体检测。

在本发明的一个实施例中，激光光源10包括激光电源和激光发生单元。进一步地，激光光源10还包括准直单元，激光光源10发射的激光为准直光束。

在本发明的一个实施例中，直接测量气体检测模块30包括由入射窗口镜组成的密封腔体。

在本发明的一个实施例中，腔衰荡气体检测模块40包括由两面高反射率的镜片组成的谐振腔。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，信号检测模块50包括对应直接测量气体检测模块30设置的直接吸收检测单元51和对应腔衰荡气体检测模块40设置的衰荡信号检测单元52。其中，直接吸收检测单元51可设置于由入射窗口镜组成的密封腔体之外，也可设置于由入射窗口镜组成的密封腔体之内。直接吸收检测单元51可检测透过直接测量气体检测模块30的光束的吸收光谱信号，从而通过直接吸收法实现对高浓度气体的检测；衰荡信号检测单元52可检测透过腔衰荡气体检测模块40的光束的衰荡信号，从而通过腔衰荡检测法实现痕量气体的检测。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，光束变换模块20包括声光调制器21。声光调制器21通过不同的工作状态，可产生多种不同强度的光束，其中，包含能够通入由入射窗口镜组成的密封腔体的第一类光束和能够通入由两面高反射率的镜片组成的谐振腔的第二类光束，从而可以选择将变换后的光束通入直接测量气体检测模块300或腔衰荡气体检测模块400，实现直接吸收法和腔衰荡检测法两种检测方法的切换功能。同时，声光调制器21还可切断光束，实现腔衰荡气体检测法的快速关断功能。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，光束变换模块20还可包括隔离器22和偏振片23，二者沿光路的排不顺序不限。

根据本发明实施例的腔衰荡光谱的检测装置，通过设置光束变换模块、直接测量气体检测模块和腔衰荡气体检测模块，并通过信号检测模块根据通入直接测量气体检测模块的光束进行高浓度气体检测，和通入腔衰荡气体检测模块的光束进行痕量气体检测，由此，既能够实现对低浓度气体的检测，也能够实现对高浓度气体的检测，大大扩展了气体浓度检测范围，并且，该装置在检测过程中不会改变结构或影响腔体的密封，能够有效保证检测性能。

在本发明的描述中，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。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，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，可以是固定连接，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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，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发明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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。