專利名稱：光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用光學(xué)測量為其特征的儀器，具體是一種利用了光干涉原理的光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)50年代日本理研公司研制的光干涉甲烷測定器是目前市場應(yīng)用最廣泛的一種光干涉甲烷測定器，其光路和機(jī)械結(jié)構(gòu)采用雅敏光干涉原理，通過負(fù)透鏡以人眼直接觀測光學(xué)系統(tǒng)光干涉條紋移動量的方式來測量甲烷濃度。這種光干涉甲烷測定器在使用過程中讀數(shù)依靠機(jī)械刻度標(biāo)尺人眼讀數(shù)，誤差大；其壓力平衡用的是毛細(xì)管，壓力平衡速度慢，且不能長時間在作業(yè)環(huán)境中使用。公開號為CN2783317Y，
公開日為2006-5-24的中國實用新型專利申請文件，公開了一種光干涉檢測甲烷或二氧化碳裝置，利用雅敏干涉原理，加入了圖像處理采集和處理單元，但在使用過程中與機(jī)械式甲烷測定器存在相同的問題，不能長期在工作環(huán)境中使用。公開號為CN101576489A，
公開日為2009-11-11的中國發(fā)明專利申請文件，公開了一種光干涉檢測甲烷或二氧化碳裝置。該裝置利用了邁克爾遜干涉原理，產(chǎn)生兩組干涉光。該裝置中，需要產(chǎn)生一束平行光、射入需精密加工的膠合棱鏡。所述光線對平行程度的要求很高，否則難以產(chǎn)生符合要求的干涉條紋。所述膠合棱鏡的加工精度的好壞直接會影響干涉條紋的出現(xiàn)，還會影響干涉條紋的根數(shù)。另外，使用過程中，光源的微量位移和/或膠合面的脫膠都會導(dǎo)致干涉條紋的巨大變化，進(jìn)而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此存在制造成本較高、穩(wěn)定性差的不足。與本發(fā)明為同一申請人的申請?zhí)枮?011204170.0的實用新型專利公開了一種智能光干涉氣體測定裝置，該裝置采用光縫將光源射出的光分成兩束光a和b，然后又通過氣室隔板將光束a分成al和a2，然后al、a2分別經(jīng)過折射直角三棱鏡的反射作用回到平面分光鏡上，與光束b發(fā)生干涉，雖然該裝置對溫度、壓力和機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的誤差得到了有效地抑制，但是由于采用氣室隔板將窄光束a分成兩束光，加工難度大，對儀器設(shè)備精度要求高，難于實現(xiàn)；且當(dāng)溫度差變大時，所測量到的干涉條紋陰影變粗，影響測量結(jié)果和準(zhǔn)確度；且干涉條紋變形也會導(dǎo)致測量結(jié)果與真實值相差變大；該設(shè)備不能長時間在測量環(huán)境中使用。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種精確度高、制造簡單、壓力均衡的光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置，包括光源、平面分光鏡、氣室、折光直角三棱鏡、反射直角三棱鏡、圖像傳感器和若干光學(xué)元件組成的光干涉光路系統(tǒng)，還包括壓力平衡裝置，其中壓力平衡裝置與所述氣室相連通；
在所述光源的光路上、呈45°安裝的平面分光鏡將光源發(fā)射且穿過光縫的光束分成相互平行的光束a、光束b和光束c ；
所述氣室的入射端對應(yīng)平面分光鏡的45°面，其出射端對應(yīng)折光直角三棱鏡的側(cè)面；氣室由氣室隔板I和氣室隔板II分隔成為參考?xì)馐?、參考?xì)馐襂I以及連通采樣裝置的米樣氣室；
光束穿過氣室，光束穿出氣室后經(jīng)過折光直角三棱鏡被反射回氣室，再到達(dá)平面分光鏡上發(fā)生干涉；發(fā)生干涉后所形成的光束，經(jīng)過反射直角三棱鏡和焦距為正的透鏡到達(dá)圖像傳感器。還包括可調(diào)擋板I和可調(diào)擋板II。所述閉合的壓力平衡裝置為可膨脹和收縮的氣囊或可調(diào)節(jié)氣壓的電動裝置。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下: 本發(fā)明對溫度、壓力和機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的誤差起到了有效地抑制；并且通過設(shè)置一可收縮和膨脹的氣囊或一個可以調(diào)節(jié)氣壓的電動裝置，使設(shè)備可在更惡劣的工作環(huán)境下持續(xù)工作，零點更穩(wěn)定，提高了設(shè)備的耐用等級；通過平面鏡將光束分成三束光a、b、c，光束b與光束a和c發(fā)生干涉，干涉條紋之間無陰影，測量準(zhǔn)確度更高；降低了對工藝的高精度要求，使生產(chǎn)更加簡單方便。
圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一種光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2A為溫度變化前采用兩束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形；圖2B為溫度變化前采用三束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形；
圖3A為溫度變化后采用兩束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形；圖3B為溫度變化后采用三束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出一個非限定性的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。參照圖1所示，一種光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置，包括光源4、平面分光鏡6、氣室8、折光直角三棱鏡11、反射直角三棱鏡5、圖像傳感器I和若干光學(xué)兀件組成的光干涉光路系統(tǒng)，其特征在于:還包括閉合的壓力平衡裝置7，其中壓力平衡裝置7與所述氣室8相連通；
在所述光源4的光路上、呈45°安裝的平面分光鏡6將光源4發(fā)射且穿過光縫3的光束分成相互平行的光束a、光束b和光束c ；
所述氣室8的入射端對應(yīng)平面分光鏡6的45°面，其出射端對應(yīng)折光直角三棱鏡11的側(cè)面；氣室8由氣室隔板I 12和氣室隔板II 13分隔成為參考?xì)馐?、參考?xì)馐襂I以及連通采樣裝置的采樣氣室；
所述光束a穿過參考?xì)馐襂，所述光束a穿出參考?xì)馐襂后通過可調(diào)擋板I 9的遮擋得到光束a’，光束a’經(jīng)過折光直角三棱鏡11被反射回參考?xì)馐襂I，再到達(dá)平面分光鏡6上的O點；所述光束b穿過參考?xì)馐襂或采樣氣室，經(jīng)過折光直角三棱鏡11被反射回參考?xì)馐襂I或采樣氣室，再到達(dá)平面分光鏡6，最后被反射到O點，所述光束b和光束a’發(fā)生干涉； 所述光束C穿出采樣氣室后通過擋板II 10的遮擋得到光束C’，再由折光直角三棱鏡11反射進(jìn)采樣氣室，到達(dá)平面分光鏡6，最后被反射到O點，然后光束C，和光束b發(fā)生干涉；
所述光束b與光束a’和光束c’分別發(fā)生干涉后所形成的光束，經(jīng)過反射直角三棱鏡5和焦距為正的透鏡2到達(dá)圖像傳感器I ;當(dāng)然本發(fā)明中不限于圖中所示光路，根據(jù)光學(xué)中光路可逆的原理，入射光源可以設(shè)置于反射直角三棱鏡5處，相應(yīng)的反射直角三棱鏡5可以設(shè)于入射光源的位置，同樣可以達(dá)到檢測干涉條紋的目的。本發(fā)明實施例中，所述壓力平衡裝置包括可膨脹和收縮的氣囊或者采用小電機(jī)帶動活塞來實現(xiàn)氣壓平衡的裝置，非密閉結(jié)構(gòu)連續(xù)使用時間長了后會造成零點漂移，測量結(jié)果偏差很大，不準(zhǔn)確，得到的數(shù)據(jù)不具備參考價值。工作原理:
本發(fā)明的實施例由于具有上述結(jié)構(gòu)對溫度、壓力和機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的誤差起到了有效地抑制；并且通過設(shè)置一可收縮和膨脹的氣囊，使設(shè)備可在更惡劣的工作環(huán)境下持續(xù)工作，提高了設(shè)備的耐用等級。本發(fā)明的實施例由于具有上述結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行測量時，光源4發(fā)出一束穩(wěn)定的白光光源，通過光縫3到達(dá)平面分光鏡分成3束光,一束為反射光c, 一束為背面反射膜反射后投射出來的投射光b，另一束為背面反射膜反射后投射出來的投射光a，投射光a和反射光c通過參考?xì)馐襂后穿出氣室，投射光a經(jīng)過隔板19的遮擋作用取得其中一部分光變成光束a’，然后經(jīng)過折光直角三棱鏡11的360度反射回參考?xì)馐襂I ;反射光c穿出參考?xì)馐襂后經(jīng)過折光直角三棱鏡11的360度反射回參考?xì)馐襂I ;光束c穿出采樣氣室后通過擋板II 10的遮擋作用得到光束c’，再由折光直角三棱鏡11反射進(jìn)采樣氣室，再通過平面分光鏡的折射和反射后匯合于O點發(fā)生干涉；所述光束b與光束a’和光束C，分別發(fā)生干涉后所形成的光束，經(jīng)過焦距為正的透鏡2到達(dá)圖像傳感器I。在上述過程中，可以微調(diào)折光直角三棱鏡以獲得滿足測量要求根數(shù)的干涉條紋，由于采樣氣室中氣體折射率改變就會引起光程差的改變從而引起條紋的移動變化，氣體濃度越大，干涉條紋移動量就越大，圖像傳感器可以把圖像信號轉(zhuǎn)化成可處理的電信號輸出。圖2A為溫度變化前采用兩束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形；圖2B為溫度變化前采用三束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形；圖3A為溫度變化后采用兩束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形；圖3B為溫度變化后采用三束光進(jìn)行干涉采樣的干涉條紋圖形?？梢悦黠@地看出，采用兩束光干涉條紋會形成陰影，而采用本裝置不會形成陰影，且當(dāng)溫度變化后，采用兩束光干涉條紋后陰影會變寬，測量誤差加大，而溫度變化對本裝置的干涉條紋沒有影響，測量精度大增加。三束光解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)的熱變形影響造成圖形的畸變問題，使得后續(xù)處理更方便準(zhǔn)確。因為在使用過程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)會隨著溫度的變化，和使用時間的推移逐漸發(fā)生變化，這樣會造成圖像的畸變，嚴(yán)重時會導(dǎo)致圖形無法識別和處理，儀器無法使用。這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置，包括光源(4)、平面分光鏡￠)、氣室(8)、折光直角三棱鏡(11)、反射直角三棱鏡(5)、圖像傳感器(I)和若干光學(xué)兀件組成的光干涉光路系統(tǒng)，其特征在于:還包括閉合的壓力平衡裝置(7)，其中壓力平衡裝置(7)與所述氣室(8)相連通； 在所述光源(4)的光路上、呈45°安裝的平面分光鏡(6)將光源(4)發(fā)射且穿過光縫(3)的光束分成相互平行的光束a、光束b和光束C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置，其特征在于:還包括可調(diào)擋板I (9)和可調(diào)擋板II (10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置，其特征在于:所述閉合的壓力平衡裝置(7)為可膨 脹和收縮的氣囊或可調(diào)節(jié)氣壓的電動裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置。利用雅敏光干涉原理設(shè)計，通過光源，圖像傳感器及平面分光鏡等若干光學(xué)元件將一束光經(jīng)過平面分光鏡的作用分成三束光線，形成兩組光干涉條紋，對兩組條紋進(jìn)行處理獲得測量結(jié)果。新的氣壓平衡裝置為密閉式結(jié)構(gòu)可以滿足在使用環(huán)境中長時間工作的要求。本發(fā)明的目的在于提供一種精確度高、制造簡單、壓力均衡的光干涉氣體檢測光路系統(tǒng)及氣壓平衡裝置。
文檔編號G01N21/45GK103196834SQ20131012291
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者陸飛, 夏飛, 李鵬君, 秦軍政 申請人:重慶一心儀器儀表有限公司