用于气体浓度检测的长光程样品池的制作方法

本实用新型涉及光谱分析技术领域，具体而言，涉及一种用于气体浓度检测的长光程样品池。

背景技术：

随着人口的增长和经济的发展，我国正面临着十分严重的环境污染问题。所以研制能够实时监测环境气体的分析仪器对改善人类的生存环境具有重大意义。但是由于污染气体多为低于ppm量级乃至ppb量级的低浓度气体，所需要的光学系统必须具有足够长的光程才能达到检测精度的要求。传统的多次反射池主要包括White池和Herriott池。前者的特点是采用三块相同曲率半径的凹面反射镜构成，后者是采用两块凹面反射镜构成。为了达到高反射率，反射镜上必须镀有高反射膜，多数为金属反射膜，对于非消耗性镜片，日常维护需要擦拭清洁，所以在擦拭时就必须非常小心，经过长时间的擦拭会影响其反射效率。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决上述现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，公开了一种用于气体浓度检测的长光程样品池，该装置光程长，能够准确检测低浓度气体，便于维护，长时间擦拭也不会影响反射效率。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现：

一种用于气体浓度检测的长光程样品池，包括：三角棱镜、气体池和多个角锥棱镜；其中，多个角锥棱镜分别安装在气体池的两端组成多级反射光路；三角棱镜安装在角锥棱镜的出射光路径上以使从角锥棱镜反射出的光重新回到角锥棱镜的多级反射光路中。

根据本实用新型提供的用于气体浓度检测的长光程样品池，优选地，还包括用于接收并耦合出射光线的光纤，光纤连接探测器。

根据本实用新型提供的用于气体浓度检测的长光程样品池，优选地，探测器为光谱仪。

本实用新型取得的有益效果包括：

利用光的反射技术(采用角锥棱镜作为反射元件)使光在气体池内多次折返，同时保证能量尽可能少的损失，在有限的体积的气体池内实现光程加长。本实用新型可以不用在角锥棱镜表面镀膜，长时间擦拭也不会影响其反射效率，而且角锥棱镜不受入射角度的影响，对于任一条进入通光孔径的入射光线，都将被高效地按原方向反射回去。

附图说明

图1示出了根据本实用新型实施例的用于气体浓度检测的长光程样品池的光路示意图。

图2示出了根据本实用新型实施例的用于气体浓度检测的长光程样品池的角锥棱镜排列方式侧视图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。

本实用新型的设计原理为：

根据朗伯—比尔吸收定律可知，样品的吸收光谱的变化取决于被测样品成分浓度及光程长，两者的乘积简称浓度光程积。

I0(λ)为入射光强度，I(λ)为透射光强度，C为气体浓度，L为光程长，σ(λ)吸光系数，它与吸收气体的性质及入射光的波长λ有关。

对于同一仪器检测某种气体，由于仪器的信噪比是一定的，达到该气体的检测极限时的浓度光程积是一定值，当光程已知时可以推出被测气体检测浓度。反之亦然。由于检测对象是环境中的污染气体，为低于ppm量级的低浓度气体，所以需要达到足够长的光程来满足检测需要。

本实用新型运用角锥棱镜和三角棱镜相结合的方法来实现增加光程。光学系统包括光源，准直系统、测量气室和探测器。将角锥棱镜阵列分别安装在气体池的两端。从光源发出的光束经过准直系统准直后将光打在角锥棱镜上，经其依次反射，最终出射光线通过光纤耦合后，进入探测器完成采集等工作。运用此种方法可以简洁方便的增大光程。光程的长度也可以通过两个角锥棱镜阵列之间的距离和角锥棱镜的个数进行调整，来达到实验所需的光程长度。

具体地，如图1和图2所示，本实用新型公开了一种用于气体浓度检测的长光程样品池，包括：三角棱镜、气体池和多个角锥棱镜；其中，多个角锥棱镜分别安装在气体池的两端组成多级反射光路；三角棱镜安装在角锥棱镜的出射光路径上以使从角锥棱镜反射出的光重新回到角锥棱镜的多级反射光路中。

在该实施例中，设置了八个角锥棱镜和一个三角棱镜，将四块角锥棱镜阵列(编号为2、4、5、7)安装在气体池的一端，将其余角锥棱镜(编号为1、3、6、8)和一个三角棱镜安装在气体池的另一端。从光源发出的光束经过准直系统准直后，进入测试区，将光打在角锥棱镜1上，经其全反射，反射到角锥棱镜2上，再经角锥棱镜2反射至角锥棱镜3上，经角锥棱镜3反射到角锥棱镜4上，经角锥棱镜4反射到三角棱镜上，经三角棱镜将光折回到角锥棱镜5上，以此类推，最终从角锥棱镜8出射光线，通过光纤耦合后，进入光谱仪完成采集等工作。

在该实施例中，光源与探测器可以互换位置。

可以在探测器的位置添加一块三角棱镜，将光折射向另一端，使光源与探测器分别处于样品池的两端。

选用紫外光源，也可选用红外光源等各种单色光源。

用光谱仪来分析光谱，也可选用光电检测器探头等其他探测器进行光的检测和信号分析。

根据上述实施例，本实用新型利用光的反射技术(采用角锥棱镜作为反射元件)使光在气体池内多次折返，同时保证能量尽可能少的损失，在有限的体积的气体池内实现光程加长。本实用新型可以不用在角锥棱镜表面镀膜，长时间擦拭也不会影响其反射效率，而且角锥棱镜不受入射角度的影响，对于任一条进入通光孔径的入射光线，都将被高效地按原方向反射回去。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。