红外光谱仪长光程气体池的研究

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1、中文摘要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。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的意义。本论文即进行了基于红外光谱法的大气监测仪器光学系统的研究。由于所需监测的污染气体多为低于ppm量级乃至ppb量级的低浓度物质，所设计的光学系统必须具有足够长的光程长才能达到检测精度要求，所以长光程气体池的研制是整个系统的关键及难点所在。为进一步完善系统，使该系统适用于不同环境等级下不『司浓度的污染气体检测，还需在达到长光程的基础上实现光程长可调节。本论文基于怀

2、特池原理，利用三个凹面镜组成共轭焦点系统来实现光路的多次折返，以达到检测所需的长光程，同时也保证了检测器接收到足够的能量用于气体浓度的检测。本论文给出了长光程气体池的整体设计过程，包括前期的理论准备，即根据朗伯比尔定律推出了浓度光程积，作为确定设计所需光程长的依据；并基于怀特池原理推导出反射次数调节公式，作为反射次数调节结构设计的依据；然后通过实验获得气体的实际检测限，从而确定设计所需光程长；进而在满足系统要求的基础上确定光学系统及机械结构中的各个参数。在实际设计中采用了一种水平距离与旋转角度相结合

3、的调节方式，使得反射次数的调节简易，准确。这种调节方式将调节与固定合二为一，其实用性通过激光调节实验得到了验证。本论文对所研制的气体池进行了多组系统实验以评价系统的检测性能。结果显示本系统的机械结构及光学性能完全满足气体检测的需要，不仅可精确调出8次反射的光路，还实现了从4次到20次反射的光路调节，使得在基本光程为0．3m的基础上光程长达到6m以上，实现了ppm量级气体检测的系统目标，为本系统的产品化提供了一套完备的理论和技术资料。关键词：气体检测红外光谱法怀特池长光程ABSTRACTNowaday

4、s，environmentpollutionisgettingmoreandmoreseriouswiththedevelopmentofindustry．It’Sofsignificancetodevelopreal·timeapparatustOmonitoratmosphere．Inthispapersomeresearchweredoneabouttheatmospheremonitoringopticalsystembasedoninfraredspectrometry．Thespectr

5、ometricmeasurementsofatmosphericpollutantsinlow-concentrationrange(ppmtoPPb)requireaverylongopticalpath．Andtheopticalpathmustbeadjustabletoapplyindifferentextentofpollution．Sothedesignofadjustablelong-pathcellisthekeytothesystem．Inthispaperanabsorption

6、cellisdesignedbasedontheWhitecell．neessentialpartsoftheequipmentarethreespherical，concavemirrorswhichestablishaconjugatedfocussystemtogainlongopticalpathbythelight’Smulti-passinit．Andthedesigngiyesveryhighlighttransmissionwhichisenoughtoanalyzegases．Th

7、ispapergivesthecompletedesignofthelong-pathchamber,includingthetheory’SpreparationinwhichtherelationofconcentrationandtheopticalpathbasedontheLawbert-Beel"'slawwerededuced．TheformulaofreflectiontimesbasedonthetheoryofW1litecellWasalsodeduced．Thenthedes

8、ignofadjustablepartwasgivenwhichcombinesthelevel··and··angularadjustmenttomaketheoptiealadjustmentssimpleandprecise．Inthisdesign，theadjustmentandfixationCanbedoneinonespart，anditspracticabilityisvalidatedbyexperiments．Ⅲspapergivesthecom