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技术文章--气体检测用长光程吸收池

来源:本站  时间:2017-06-01  阅读:267

虽然光学测量方法具有测量范围广、速度快、准确度和精度高等优点,但传统的光学测量污染气体的方法只是单程光散射和直接吸收,而通常受仪器空间尺寸的限制,光和样品的作用距离较短,导致测量灵敏度较低。然而,污染气体浓度为痕量,所以小尺寸的单光程检测手段不适合大气污染组分测量。因此,要解决此问题就需要采用多次反射的长光程技术。另外,随着气体测量技术的发展,很多领域对测量仪器的要求越来越高,可便携式,小型化和集成化成为目前主要的发展趋势。通过光学长光程吸收池在有限的体积内实现多次反射,可以实现可便携式和小型化。根据Lambert-beer定律,透射光强与有效光程成正相关,提高探测灵敏的最直接、最简单、最明显的方法就是增加有效光程。常见的多光程吸收池结构有Whit、Herriott型、Chernin和离散透镜长光程池[7]。

White型长是由三个镜片组成的,如图1(a)所示,发散角大可以实现反射,但由于是多反射镜结构,光路调节过程操作较复杂,镜面利用率比较低。Herriott 型是由两个平凹面反射镜组成,如图2(b)所示,结构简单,光路较容易调节和控制,但是往往要求光源的准直性高才能防止入射光重叠。Chernin型一般由五块反射镜组成,如图2所示,可以接受大发散角光束实现多次反射。离散透镜长光程池是改进型的Herriott型新型吸收池,如图3所示,就是高效利用镜面,实现最大可能的光程,但是对镜面设计要求比较高。

另外一个比较重要的镀膜,往往可以依据不同激光器输出波长而定(金膜、铝膜、银膜及介质膜)。吸收池一般采用镀银膜或金膜的反射镜,波长范围覆盖了可见到红外波段。

图1 White型和Herriott型长光程池结构图

图2 Chernin型长光程池结构图[1]

图3 离散透镜长光程池结构图[2]  
 
图4 新型圆柱吸收池[3,4]
    
图5 新型多波长吸收池[5]

图6 新型多波长吸收池[6]

参考文献:
[1] 程跃,赵卫雄,胡长进,顾学军,裴世鑫,黄伟,张为俊. Chernin 型多通池用于烟雾箱光化 学反应过程的实验研究[J]. 光学学报, 2013, (08): 295-302.
[2] 陈家金,赵卫雄,高晓明,张为俊. 基于柱面镜光学多通池的CH4高灵敏度探测[J]. 光学学报, 2015, (09): 353-358.
[3] Jouy P, Mangold M, Tuzson B, et al. Mid-infrared spectroscopy for gases and liquids based on quantum cascade technologies[J]. Analyst, 2014, 139(9): 2039-2046.
[4] Tuzson B, Mangold M, Looser H, et al. Compact multipass optical cell for laser spectroscopy[J]. Optics letters, 2013, 38(3): 257-259.
[5] Tarsitano C G, Webster C R. Multilaser Herriott cell for planetary tunable laser spectrometers[J]. Applied optics, 2007, 46(28): 6923-6935.
[6] 谈图,刘锟,王贵师,汪磊,陈卫东,高晓明. 基于中红外QCL激光和新型多通池高灵敏度测量CO和N_2O的研究[J]. 光学学报,2015,(02):358-364.
[7] 吴应发,大气中碳化物气体分子高灵敏度光谱研究[D].太原, 太原科技大学 2016.

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