用于分光計氣體池的光學(xué)反射器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年12月12日申請的美國專利申請No. 13/712,923的優(yōu)先權(quán)， 其全部內(nèi)容通過引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文所述的主題一般來說涉及光學(xué)反射器，且更具體來說，在至少一些實施方案 中涉及一種分光儀器中可用于分析氣體混合物的光學(xué)反射器。
【背景技術(shù)】
[0004] 依賴于光的吸收或發(fā)射的測量的分光分析器和其它儀器或設(shè)備（本文中，通常稱 為"分光計"）可用于確定氣體體積或流動氣流中的一種或多種目標(biāo)分析物的存在和數(shù)量的 廣泛范圍的應(yīng)用中。一些分光計包括分光計池，該分光計池通?？梢砸粋€或多個光學(xué)組件 (例如，窗或鏡）為特征，所述一個或多個光學(xué)組件用于從一個或多個光源接納光且在該光 達(dá)到檢測器之前引導(dǎo)光穿過氣體的樣品至少一次，該偵測器用于對光與氣體樣品的組份的 交互作用所引起的吸收、熒光或其它發(fā)射等進(jìn)行量化。
[0005] 在一些應(yīng)用中，正被分光計分析的氣體體積或流動氣流可包括化學(xué)反應(yīng)性化合 物，所述化學(xué)反應(yīng)性化合物有可能以不合需要的方式與分光計池的各種組件交互。具體來 說，光學(xué)材料和通常與光學(xué)材料一起用來產(chǎn)生用于將光傳遞或反射到樣品氣體中的窗或鏡 的光學(xué)涂層可對污染相當(dāng)敏感。作為實例，光學(xué)材料及其光學(xué)涂層可被暴露到酸性和堿性 氣體、液體、氯化化合物、氟化化合物、高分子量化合物（高分子量化合物因此通常具有相 對低的蒸氣壓力和凝結(jié)到表面上的趨勢）等中的一種或多種，其可更改、影響或以其它方 式改變這些材料的光學(xué)性能，因而可能導(dǎo)致錯誤的或另外帶有缺陷的分光分析。
[0006] 此外，當(dāng)前可用的用于分光計中的樣品池構(gòu)造通常不與需要廣溫度范圍上的操作 的應(yīng)用兼容。尤其對于多通道樣品池（所述多通道樣品池包括被定位成使一個或多個光源 所產(chǎn)生的一個或多個光束在樣品池內(nèi)反射的一個或多個反射性光學(xué)元件，例如，鏡等（例 如，以增大一個或多個光束在樣品池內(nèi)所包含的氣體樣品內(nèi)行進(jìn)的路徑長度））來說，溫度 的改變可需要在操作條件下將反射性光學(xué)元件重新對準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 相比先前可用于構(gòu)造分光計池的手段，本主題可提供各種優(yōu)點。在一個方面中，一 種具有用于包含樣品氣體的內(nèi)容積的分光計池包括間隔件、端蓋和鏡。間隔件至少部分地 限定內(nèi)容積并且包括第一接觸端。端蓋被定位成接近第一接觸端并且也至少部分地封閉內(nèi) 容積。鏡包括反射表面，該反射表面用于沿著源于至少一個光源的光學(xué)路徑長度接收和重 定向光束至少一次。光學(xué)路徑長度穿過內(nèi)容積至少一次。鏡通過機(jī)械附接而被緊固在適當(dāng) 位置，該機(jī)械附接包括對于至少一種反應(yīng)氣體化合物呈化學(xué)惰性的附接材料。機(jī)械附接將 光軸相對于分光計池和包括分光計池的分光計裝置的其它組件保持在固定取向上。
[0008] 在另一方面中，一種分光計包括端蓋，該端蓋包括凹陷在間隔件結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)表面。 間隔件結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面至少部分地限定分光計池的內(nèi)容積。鏡可包括反射表面，該反射表面 用于沿著源于至少一個光源的光學(xué)路徑長度接收和重定向光束至少一次。反射表面具有光 軸，且光學(xué)路徑長度穿過內(nèi)容積至少一次。鏡通過機(jī)械附接而在內(nèi)表面上被緊固在適當(dāng)位 置，該機(jī)械附接將光軸相對于分光計池和包括分光計池的分光計裝置的其它組件保持在固 定取向上。
[0009] 在另一相關(guān)方面中，一種方法包括：利用間隔件至少部分地限定分光計池的內(nèi)容 積；利用連接到第一接觸端的端蓋進(jìn)一步封閉內(nèi)容積；以及沿著源于至少一個光源的光學(xué) 路徑長度接收和重定向光束至少一次。間隔件包括第一接觸端。光學(xué)路徑長度穿過內(nèi)容積 至少一次。接收和重定向是在鏡處發(fā)生，該鏡包括具有光軸且通過機(jī)械附接而被緊固在適 當(dāng)位置的反射表面，該機(jī)械附接將光軸相對于分光計池和包括分光計池的分光計裝置的其 它組件保持在固定取向上。
[0010] 在一些變體中，可視情況以任何可行組合包括以下情況中的一種或多種。反射表 面可包括多個（例如，兩個或更多個）反射性特征，所述反射性特征可具有不同曲率。間 隔片與端蓋和鏡中的至少一個可具有近似的熱膨脹系數(shù)。反射表面可由包括以下材料中 的至少一種的材料形成：不銹鋼、銅、鋁、硅酸鋁合金、陶瓷或類陶瓷材料、復(fù)合材料（例如， 聚氯乙烯、聚乙烯或其它塑料）等。鏡可還包括在反射表面上的一個或多個額外的反射 涂層。機(jī)械附接可包括對于選自酸性氣體化合物、堿性氣體化合物、氟化化合物和氯化氣 體化合物的至少一種反應(yīng)氣體化合物呈化學(xué)惰性的附接材料，且可選地是熱穩(wěn)定的，以使 得緊固的機(jī)械附接在高于約120°c或可選地高于200°C的溫度下得以維持。反射表面可 具有處于以下范圍中的一個或多個中的表面粗糙度：小于約10Arms、約10Arms到約 25Arms、約 25Arms到約50Arms、約 50Arms到約 100Arms、約100Arms到約 250Arms、以及約250Arms到約500Arms。反射表面可包括以下中的至少一個：平 面表面、球面曲率、具有空間上改變的曲率的任意彎曲的表面和拋物線曲率以及可選地這 些表面形狀中的兩種或更多種。
[0011] 反射表面可被集成到端蓋的內(nèi)表面。內(nèi)表面可向內(nèi)朝向內(nèi)容積。機(jī)械附接可包括 由至少一個附接裝置所緊固的間隔件與端蓋之間的直接且穩(wěn)定的物理接觸。當(dāng)間隔件和端 蓋被組裝時，直接且穩(wěn)定的物理接觸可確保光軸相對于光束的可再現(xiàn)對準(zhǔn)和可再現(xiàn)取向中 的至少一個。
[0012] 反射表面可替選地被設(shè)置在可拆卸鏡部件上?？刹鹦剁R部件可機(jī)械連接到端蓋的 表面?？刹鹦恫考投松w的內(nèi)表面可具有配合參考表面，在可拆卸鏡部件和端蓋被接合、 以及端蓋被組裝到間隔件、以及端蓋與間隔件之間的直接且穩(wěn)定的物理接觸由至少一個附 接裝置緊固時，所述配合參考表面確保光軸相對于光束的特定對準(zhǔn)和特定定向中的至少一 個。
[0013]內(nèi)間隔件可被設(shè)置在內(nèi)容積內(nèi)。內(nèi)間隔件可具有接觸端。鏡可包括不直接附接到 端蓋的鏡片。鏡片可包括與反射表面處于鏡片的同一側(cè)上的前接觸表面以及與前接觸表面 相對的后接觸表面。鏡片可被設(shè)置成接近端蓋的內(nèi)表面，以使得內(nèi)表面接觸后接觸表面，以 及內(nèi)間隔件的接觸端接觸前接觸表面，進(jìn)而保持鏡片穩(wěn)固以當(dāng)間隔件、內(nèi)間隔件、鏡片和端 蓋被組裝時，確保使得相對于光束的光軸的可再現(xiàn)對準(zhǔn)和可再現(xiàn)取向中的至少一個。疏水 性涂層可被包括在分光計池的至少一個浸潤表面上。
[0014] 在一些實施方案中可為分光計（例如諸如，可調(diào)諧二極管激光吸收分光計）的設(shè) 備可包括分光計池，該分光計池包括本文所述的一個或多個特征。該設(shè)備可選地還包括： 一個或多個光源，用于產(chǎn)生一個或多個光束；檢測器，該檢測器對沿著路徑長度從光源發(fā)射 的光的接收強(qiáng)度進(jìn)行量化；以及至少一個處理器，所述至少一個處理器執(zhí)行包括控制激光 光源的驅(qū)動電流和從檢測器接收強(qiáng)度數(shù)據(jù)的操作。至少一個處理器可選地使激光光源提供 具有波長調(diào)制頻率的光，且可對從檢測器接收的強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)以執(zhí)行諧波分光分析方 法。至少一個處理器可對測量光譜進(jìn)行數(shù)學(xué)校正，以計量光所穿過的樣品氣體中的化合物 的吸收。在一些實例中，數(shù)學(xué)校正可包括（例如）作為差分吸收分光手段的一部分而從測 量光譜減去參考光譜，其中參考光譜是針對目標(biāo)分析物的濃度已降低的樣品氣體的樣品而 收集的。
[0015] 本文所述的主題的一個或多個變體的細(xì)節(jié)闡述在附圖和下文描述中。本文所述的 主題的其它特征和優(yōu)點將從描述和附圖以及權(quán)利要求書顯而易見。
【附圖說明】
[0016] 并入本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出本文所公開的主體的某些 方面，且與描述一起幫助解釋與所公開的實施方案相關(guān)聯(lián)的原理中的一些。在附圖中，
[0017] 圖1A和圖1B示出分別圖示多通道分光計池的實例的截面圖和部分剖視立視圖的 視圖；
[0018] 圖2示出圖示根據(jù)本主題的實施方案的多通道分光計池的實例的部分剖視立視 圖的視圖；
[0019] 圖3A和圖3B示出分別圖示可用于根據(jù)本主題的實施方案的分光計池中的端蓋的 俯視圖和側(cè)視圖的視圖；
[0020] 圖4示出圖示根據(jù)本