专利名称：一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，属于光电和微机系统领域。
背景技术：
光谱法气体分析仪是一种测定光谱吸收光谱的仪器。从结构上来讲，光谱法气体 分析仪一般由外壳、浓度显示部件、浓度输出接口、主控电路板、气路结构及气室等部件组成。气室是光谱法气体分析仪的核心部件，它主要由光谱发射端、光谱能量接收端及气室腔体所组成。光谱发射端的功能就是按照一定的频率呈周期性的发射波长在某段光谱范围内的光谱辐射，使光谱能量接收端在接收到光谱辐射的衰减信号后根据比耳朗伯定律来计算待测气体的浓度。光谱发射端的性能是影响光谱法气体分析仪性能如检测灵敏度高低的重要因素。在主要来源于光谱能量接收端及主控电路板的噪声一定的情况下，光谱法气体分析仪检测灵敏度高低主要取决于在一定频率下光谱发射端所能输出的能量的大小。目前在在线检测领域所使用的光谱法气体分析仪的研制中，所采用的光谱发射端或者是基于一般普通的以钨丝为发热体的微小型灯泡，或是基于在高频下工作的快响应光源的光谱发射端，没有进行任何的直接增加光谱能量输出的措施，现有技术中仅仅依赖于特殊的气室腔体的内壁光学设计来达到相对增加光程，从而提高检测灵敏度的目的。由此可见，在光源选定的情况下如何增加光谱发射端所能输出的能量对于高灵敏度光谱法气体分析仪的制备是极其重要的。
发明内容为了解决现有光谱法气体分析仪的制备技术中由于光谱发射端所能输出的能量较低，导致光谱法气体分析仪整机的信噪比较低，最终影响光谱法气体分析仪检测灵敏度指标的技术问题，本发明提出了一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，该发射端能够在光源选定的情况下大幅度增加光谱发射端所能输出的能量，从而提高了光谱法气体分析仪整机的信噪比，最终提高了光谱法气体分析仪检测灵敏度。一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，该发射端包括发射端壳体、光学窗口、光源、光源驱动电路板及发射端后盖；发射端壳体为一中空的金属管，外壁形状为圆柱形，内壁形状为与圆柱形同轴的圆锥形，内壁镀有一层金属薄膜；发射端壳体内部开口较小的一端处设置光源，开口的大小尺寸与光源的大小尺寸相匹配，光源的发热元件部分伸入到该圆锥内；发射端壳体内部开口较大的一端处安装光学窗口，该开口的大小尺寸与光学窗口的大小尺寸相匹配；发射端后盖与发射端壳体内部开口较小的一端相连；光源驱动电路板与光源相连，且光源驱动电路板设置在发射端后盖内。发射端壳体内壁圆锥形状的设计原则为圆锥面锥角约45度 60度(在发射端壳体长度一定的前提下两个圆的圆心的连接线与内壁圆锥锥面之间的夹角为22. 5度-30度)，使光谱能量聚焦的效率最大。本实用新型所涉及的一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，其工作原理为光源驱动电路板接收到光谱法气体分析仪的主控板的指令后按一定频率向光源提供一定功率的电源供电，驱动光源的发热功能元件如热阻材料或灯丝发热。光源的发热功能元件发热后将向外辐射各种光谱范围的能量如紫外、可见、近红外及红外等光谱能量。光源所辐射出的光子在到达光学窗口前，在发射端壳体内前进的过程中经一层涂敷于其内壁的光学反射膜的多次反射、聚焦后形成一束平行光透过光学窗口向外辐射。有益效果
·[0012]本实用新型提出一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，由于该发射端采用了一种新型的光谱发射端壳体内壁的圆锥形设计所带来的对光源辐射出的光子的多次折射及聚焦的效果，导致了光谱发射端所能辐射出的光谱能量得以大幅度增加，进而提高了光谱法气体分析仪的系统信噪比及整机检测灵敏度。

图I为用于光谱法气体分析仪的发射端的结构示意图；I-发射端壳体；2_光学窗口 ；3-光源；4_光源驱动电路板；5-后盖；图2为发射端壳体结构示意图；图3为本实用新型实施例中的发射端后盖结构具体尺寸示意图；图4为本实用新型实施例中的发射端壳体结构具体尺寸示意具体实施方式
以下结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，如图I所示，该发射端包括发射端壳体I、光学窗口 2、光源3、光源驱动电路板4及发射端后盖5 ；如图2所示，发射端壳体I为一中空的金属管，外壁形状为圆柱形，内壁形状为与圆柱形同轴的圆锥形，内壁镀有一层金属薄膜；发射端壳体I内部开口较小的一端处设置光源，开口的大小尺寸与光源3的大小尺寸相匹配，光源3的发热元件部分伸入到该圆锥内；发射端壳体I内部开口较大的一端处安装光学窗口 2,该开口的大小尺寸与光学窗口 2的大小尺寸相匹配；发射端后盖5与发射端壳体I内部开口较小的一端相连；光源驱动电路板4与光源3相连，且光源驱动电路板4设置在发射端后盖5内。其中，本实施例中发射端后盖5的尺寸示意图如图3所示。发射端壳体I内壁圆锥形状的设计原则为圆锥面锥角约45度 60度(在发射端壳体长度一定的前提下两个圆的圆心的连接线与内壁圆锥锥面之间的夹角为22. 5度-30度)，使光谱能量聚焦的效率最大。在本实施例中，发射端壳体I为一中空的金属招管，最小壁厚2mm。外壁形状为 15mm圆柱形,长度为15_ ;内壁形状为圆锥形，锥角45度，内壁镀有一层反射率极高的金
属薄膜，其膜厚度500nm，金属薄膜的材料为金或银。内壁形状其结构如图4所示；发射端壳体I内壁圆锥较小的一端与光源3相连接，其圆的大小尺寸为07mm。光源3选用IR715L型，其灯泡部分伸入到该圆锥内。发射端壳体I内壁圆锥较大的一端与光学窗口 2相连接，其圆的大小尺寸为019. 43mm。两个圆的圆心的连接线与内壁圆锥锥面之间的夹角约为45度。光学窗口 2可根据需要选择，如针对双通道的非分光CH4气体分析仪的发射端，可选用在Iy波段其透过率均较高的单晶硅片，其大小尺寸为019. 43_。发射端后盖5由金属铝材料加工得到，其主要功能是将光源驱动电路4、光源3及发射端壳体I连接并固定在一起。光源驱动电路4、光源3及发射端壳体I三者之间的连接及固定除机械连接外，尚需用绝缘胶灌封以避免外界光的干扰。 按以上设计的用于光谱法气体分析仪的光谱发射端与一般的其发射端壳体内壁就是简单的圆拄型的光谱发射端相比，其光谱发射能量增加了 2-5倍，实测结果如表I所示
光源光谱接收器光程通道I电压信号
本实用新
型所设计 IR715L PE公司LHI-814型热释电探70mm约1500mV的发射端测器
普通发射IR715L PE公司LHI-814型热释电探70mm约400 mV
端测器与普通发射端相比，按本实用新型设计的光谱发射端所输出的光谱能量得到极大提高，其增加幅度达到约4倍，相当于系统的信噪比提高了 4倍，大大有利于高检测灵敏度光谱法气体分析仪的制备。
权利要求1.一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，其特征在于该发射端包括发射端壳体(I)、光学窗口(2)、光源(3)、光源驱动电路板(4)及发射端后盖(5)； 发射端壳体(I)为一中空的金属管，外壁形状为圆柱形，内壁形状为与圆柱形同轴的圆锥形，内壁镀有一层金属薄膜；发射端壳体(I)内部开口较小的一端处设置光源，开口的大小尺寸与光源(3)的大小尺寸相匹配，光源(3)的发热元件部分伸入到该圆锥内；发射端壳体(I)内部开口较大的一端处安装光学窗口(2),该开口的大小尺寸与光学窗口(2)的大小尺寸相匹配； 发射端后盖(5)与发射端壳体⑴内部开口较小的一端相连；光源驱动电路板⑷与光源(3)相连，且光源驱动电路板(4)设置在发射端后盖(5)内。
2.如权利要求I所述的一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，其特征在于发射端壳体(I)内壁圆锥锥角为45度 60度。
3.如权利要求I所述的一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，其特征在于金属薄膜的材料为金或银。
专利摘要本实用新型属于光电及微机电系统领域，为了解决现有光谱法气体分析仪的制备技术中由于光谱发射端所能输出的能量较低，导致光谱法气体分析仪整机的信噪比较低，最终影响光谱法气体分析仪检测灵敏度指标的技术问题，本实用新型提出了一种用于光谱法气体分析仪的光谱发射端，由于该发射端采用了一种新型的光谱发射端壳体内壁的圆锥形设计所带来的对光源辐射出的光子的多次折射及聚焦的效果，导致了光谱发射端所能辐射出的光谱能量得以大幅度增加，进而提高了光谱法气体分析仪的系统信噪比及整机检测灵敏度。
文档编号G01N21/25GK202502046SQ20122007951
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者易宏, 李永辉, 黄家新 申请人:昆明斯派特光谱科技有限责任公司