(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210998234.4 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 杭州泽天春来科技有限公司 地址 310053 浙江省杭州市滨江区浦沿街 道至仁街2 2号1幢3楼3 01室 (72)发明人 项金冬　郭杰　唐怀武　杨凤琴　 韩晓红　盛润坤　林汝德　于志伟　 (74)专利代理 机构 浙江永鼎律师事务所 3 3233 专利代理师 王日精 (51)Int.Cl. G01N 21/33(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于气体吸收池的光路系统 (57)摘要 本发明属于检测分析技术领域， 具体涉及一 种基于气体吸收池的光路系统， 包括紫外发散光 源、 离轴抛物面镜、 光阑和光谱仪， 紫外发散光源 发射的光进入离轴抛物面镜， 经过离轴抛物面镜 之后平行出射至光阑， 经过光阑之后进入气体吸 收池， 在气体吸收池内经过多次反射之后出射至 准直透镜， 经过准直透镜的耦合作用后进入光谱 仪。 在使用紫外发散光源的前提下， 利用离轴抛 物面镜的准直特性， 在其母焦距和反射焦距处发 出的发散光， 能够无色差地聚焦准直光束或准直 发散光源成为平行光， 且离轴设计能够在空间上 将焦点从光路中分离出来， 有效解决光斑发散， 且可做长光程； 另外， 反射式设计消除了现有透 射光学元件会引入的相位延迟和吸收损耗。 权利要求书1页 说明书6页 附图7页 CN 115372300 A 2022.11.22 CN 115372300 A 1.一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 包括紫外发散光源、 离轴抛物面镜、 光阑和光谱仪， 紫外发散光源发射的光进入离轴 抛物面镜， 经过离轴 抛物面镜之后平行出 射至光阑， 经过光阑之后进入气体 吸收池， 在气体 吸收池内经过多次反射之后出射至准直 透镜， 经过准直透镜的耦合作用后进入光谱仪 。 2.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 所述光阑为可 调光阑。 3.根据权利要求2所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 所述可调光阑 由电机驱动。 4.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 所述紫外发散 光源发射的光经 过光纤进入离轴抛物面镜 。 5.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 所述气体吸收 池为怀特池。 6.根据权利要求5所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 经过光阑之后 的光进入怀特池的第一平面反射镜， 由第一平面反射镜反射至怀特池小球面反射镜， 经过 怀特池小球面反射镜的汇聚后反射至怀特池大球面反射镜， 经过怀特池大球面反射镜的反 射后进入另一怀特池小球面反射镜， 经过另一怀特池小球面反射镜的汇聚后反射至怀特池 大球面反射镜； 根据怀特池的共轭系统作用下， 在怀特池大球面反射镜形成上下两排的光斑数后， 经 过怀特池的第二平面反射镜反射后出射至准 直透镜； 其中， 所有反射镜的反射镜面设有紫外增强铝膜。 7.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 经过准直透镜 的耦合作用后通过光纤进入光谱仪 。 8.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 所述气体吸收 池为Herriot池或长光 程气体室。 9.根据权利要求1 ‑8任一项所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 还包 括激光光源， 与紫外发散光源联用。 10.根据权利要求1 ‑8任一项所述的一种基于气体吸收池的光路系统， 其特征在于， 所 述紫外发散光源为 氙灯或氘灯光源。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115372300 A 2一种基于气体吸收 池的光路系统 技术领域 [0001]本发明属于检测分析技 术领域， 具体涉及一种基于气体吸 收池的光路系统。 背景技术 [0002]紫外光源为以氘灯、 LED、 氙灯等光源为主的发散光源， 与拥有良好准直性能的激 光光源不同， 该光源在长距离或长光程应用中， 单光程远距离传播， 由于光源发散作用光斑 会增大。 而气体吸收池， 例如 采用短距离多次回返的怀特池， 同样受制于光斑大小制约在镜 片成像的数量， 影响光程的提高； 如果单纯 的提高数量会导致光斑重叠等因素导致不能将 其扩展到 长距离应用。 [0003]目前， 发散光源的处 理方案主 要采用以下三种方式： [0004]第一种方式是采用透镜方式先汇聚， 但是经过较长 的传播后光斑会变更大， 需要 将镜片尺寸做大， 增加气体室的容积使得气体分析的置换时间增加； 由此增加镜片成本， 同 时增加测试池的尺寸， 也增大一些粘滞性气体的吸 附气体， 进而影响气体室中待测气体的 置换时间从而影响时间， 无法追求高响应速度。 [0005]第二种方式是缩短单次的光程、 缩小光斑为代价的设计方式， 在反射次数不变的 情况下， 总光程也就变小， 为了等效光程， 镜片需要延 长， 同样增加置换体积， 影响气 体分析 的时间。 而且， 减少光 程带来了气体吸 收减小， 直接导 致气体浓度检出限无法做高。 [0006]第三种方式是采用开路式长光程方式， 尽管可以在线实时测量污染物浓度， 但是 污染物是整 条线路上的平均浓度， 且无法实现在线调零和校准， 只能通过等效校准方案， 无 法准确测量真实浓度， 只能研判趋势。 [0007]另外， 现有的气体吸 收池的光路系统存在以下不足之处： [0008]一、 光斑大， 有效面积下反射次数少； [0009]以共轭方式的长光程式的怀特池为例， 如图1所示， 是曲率为300mm的球面反射镜 共轭系统， 左侧 光斑分布如图2所示， 不同光斑大小在有限尺寸下， 可以进行多次回返次数 不同， 光斑越小回返次数越来越多。 光斑的数量可根据怀特池两个小镜子和入射角度调节 反射次数。 [0010]二、 光斑大， 光斑之间有重 叠 [0011]如图3所示， 光斑如果过大， 会造成光斑受内部反射镜遮挡， 同时也会受其他多级 的光斑的影响， 在采用吸收方法的测量方式中， 出射光强IN与入射光强I0、 反射次数N、 光程 L、 气体浓度X、 气体吸 收截面σ( λ )有关系具体满足下列公式： [0012]IN＝I0×e‑σ( λ )XNL [0013]通过上述公式可知， I0>I2>I4>…>IN； 如果光斑重叠就可能导致最后接收的光强IN 中包含I2、 I4、 I6等， 造成实际测量过程中吸收结果不能达到N倍的效果， 很难达到更高的检 出限， 只能有限地 提高光强信号。 [0014]三、 长距离传输， 透 镜方案远离焦距光斑会增大 [0015]此外， 现有大多数厂商紫外光源耦合方式采用透镜组合方式， 很难做紫外 的长光说　明　书 1/6 页 3 CN 115372300 A 3