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CN106769955A - 用于吸收光谱法的气室 - Google Patents

用于吸收光谱法的气室 Download PDF

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Abstract

用于吸收光谱法的气室和系统以及其方法。所述方法包括提供一个通道，所述通道具有用于接收气体样本的入口和用于将所述气体样本从所述气室排出的出口；提供具有光学透明部分的第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和第二端部件中的每一个都被设置以使光学透明部分的温度与所述通道的内部温度之间的温差最小化；将所述第一端部件安装至所述通道以使得光学透明部分被定位以用于接收入射束到所述通道内；以及与所述第一端部件相对地将所述第二端部件安装至所述通道，使得光学透明部分被定位以允许光传送进出所述通道。

Description

用于吸收光谱法的气室
技术领域
所描述的实施方案涉及一种用于吸收光谱法的气室(gas cell)。
背景技术
吸收光谱法通常用于分析各种物质的含量。含量分析可以包括鉴定所述物质的组分(component)和/或鉴定物质的某一特定组分的量。
总的来说，吸收光谱法包括测量电磁辐射吸收的量的光谱学技术，所述电磁辐射吸收由电磁辐射与所述物质的一种或多种组分的相互作用而产生。电磁辐射的吸收作为其频率或波长的一个应变量被测量。物质中的组分从电磁辐射中吸收一定量的能量。吸收的强度随着物质中存在的组分而不同并且随着电磁辐射的频率而变化。
发明内容
本文中描述的各种实施方案总体涉及用于吸收光谱法的气室和系统，以及提供用于吸收光谱法的气室的方法。
根据一些实施方案，提供了一种提供用于实施吸收光谱法的气室的方法。所述方法包括：提供一个通道，所述通道具有一个用于接收来自气体源的气体样本的入口和一个用于将所述气体样本从所述气室排出的出口；为所述通道提供第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都包括光学透明部分，并且所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都被设置以使相应的光学透明部分的温度与所述通道的内部温度之间的温差最小化；将所述第一端部件安装至所述通道的第一端，所述第一端部件的光学透明部分被定位以用于接收来自一个光源的入射束到所述通道内；以及将所述第二端部件安装至所述通道的第二端，所述第二端与所述第一端基本相对，所述第二端部件的光学透明部分被定位以用于允许光传送进出所述通道。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：将每一个光学透明部分都安装至一个相应的光学框架；以及将一个护套安装至所述相应的光学框架，所述护套使相应的光学透明部分免于直接接合所述气室的外部环境。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：将温度变化材料安装至每一个护套。在一些实施方案中，将所述温度变化材料安装至每一个护套可以包括用温度变化线圈围绕所述护套。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：将每一个光学透明部分向内定位在所述通道内以使相应的光学透明部分免于直接接合所述气室的外部环境。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：将第一延伸构件安装至所述通道，所述第一延伸构件具有安装至所述通道的第一端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第一端部件的光学透明部分安装在所述第一延伸构件的第二构件端处；以及将第二延伸构件安装至所述通道，所述第二延伸构件具有安装至所述通道的第二端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第二端部件的光学透明部分安装在所述第二延伸构件的第二构件端处。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：提供护套作为所述第一延伸构件和所述第二延伸构件中的每一个。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：提供一对光学层作为所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个的光学透明部分。在一些实施方案中，提供一对光学层作为所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个的光学透明部分包括：基本真空密封每对光学层之间的间隔。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：用以低导热率为特征的绝缘材料填充每对光学层之间的间隔。所述绝缘材料可以是气态材料，诸如环境空气。
在一些实施方案中，所描述的方法包括：将温度变化材料安装至所述通道。将所述温度变化材料安装至所述通道包括用温度变化线圈围绕所述通道。
根据一些实施方案，提供了一种吸收光谱法系统，包括：一个光源，用于产生入射束；一个气室，其是根据如下方法提供的，所述方法包括：提供一个通道，所述通道具有用于接收来自气体源的气体样本的入口和用于将所述气体样本从所述气室排出的出口；为所述通道提供第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都包括光学透明部分，并且所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都被设置以使相应的光学透明部分的温度与所述通道的内部温度之间的温差最小化；将所述第一端部件安装至所述通道的第一端，所述第一端部件的光学透明部分被定位以用于接收来自所述光源的入射束到所述通道内；以及将所述第二端部件安装至所述通道的第二端，所述第二端与所述第一端基本相对，所述第二端部件的光学透明部分被定位以允许光传送进出所述通道；以及一个检测器，所述检测器相对于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一种形态并且将对应于所述入射束的所述形态的数据信号传送至一个吸收光谱分析仪。
根据一些实施方案，提供了一种气室，所述气室包括：一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；第一端部件，其在所述通道的第一端处被安装至所述通道，所述第一端部件包括第一光学透明部分，所述第一光学透明部分被向内定位在所述通道内并且被定位以接收来自一个光源的入射束到所述通道内；以及第二端部件，其在所述通道的第二端处被安装至所述通道，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括第二光学透明部分，所述第二光学透明部分被向内定位在所述通道内并且被定位以允许光传送进出所述通道。
在一些实施方案中，所描述的气室包括：所述第一端部件包括第一延伸构件，所述第一延伸构件具有安装至所述通道的第一端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第一光学透明部分安装在所述第一延伸构件的第二构件端处；以及所述第二端部件包括第二延伸构件，所述第二延伸构件具有安装至所述通道的第二端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第二光学透明部分被安装至所述第二延伸构件的第二构件端。
在一些实施方案中，所述第一延伸构件和所述第二延伸构件中的每一个都包括护套。
在一些实施方案中，所述第一光学透明部分和所述第二光学透明部分中的至少一个包括两个光学层。
在一些实施方案中，温度变化材料被联接至所述通道。
在一些实施方案中，所述温度变化材料包括缠绕在所述通道周围的线圈。
在一些实施方案中，所述第一光学透明部分和所述第二光学透明部分中的每一个的至少一个表面被应用有抗反射涂层。
在一些实施方案中，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个被可移除地安装至所述通道。
在一些实施方案中，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都通过螺纹联接件被可移除地安装至所述通道。
根据一些实施方案，提供了一种吸收光谱法系统，包括：一个光源，用于产生入射束；一个气室，具有：一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；第一端部件，其在所述通道的第一端处被安装至所述通道，所述第一端部件包括第一光学透明部分，所述第一光学透明部分被向内定位在所述通道内且被定位以接收来自所述光源的入射束到所述通道内；以及第二端部件，其在所述通道的第二端处被安装至所述通道，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括第二光学透明部分，所述第二光学透明部分向内定位在所述通道内并且被定位以允许光传送进出所述通道；一个检测器，相对于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一种形态并且将对应于所述入射束的所述形态的数据信号传送至一个吸收光谱分析仪。
根据一些其他实施方案，提供了一种用于吸收光谱法的气室。所述气室包括：一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；第一端部件，其安装在所述通道的第一端处，所述第一端部件包括第一光学层和第二光学层，所述第一光学层和第二光学层被定位以接收来自一个光源的入射束到所述通道内；以及第二端部件，其安装在所述通道的第二端处，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括被定位以允许光传送进出所述通道的第一光学层和第二光学层。
在一些实施方案中，所述第一端部件的第一光学层与所述第一端部件的第二光学层基本平行；以及所述第二端部件的第一光学层与所述第二端部件的第二光学层基本平行。
在一些实施方案中，所述第一端部件的第一光学层相对于所述第一端部件的第二光学层以第一光学层倾斜角定位；以及所述第二端部件的第一光学层相对于所述第二端部件的第二光学层以第二光学层倾斜角定位。
在一些实施方案中，所述第一光学层倾斜角和所述第二光学层倾斜角中的每一个的值都随着相应的第一光学层和第二光学层之间的间隔尺寸、相应的第一光学层的厚度、相应的第二光学层的厚度和所述入射束的直径中的至少一个而变化。
在一些实施方案中，所述第一光学层倾斜角和所述第二光学层倾斜角中的每一个的值都大于0度且小于或等于10度。
在一些实施方案中，所述第一光学层中的每一个和相应的第二光学层之间的间隔基本真空密封。
在一些实施方案中，所述第一光学层中的每一个和相应的第二光学层之间的间隔填充有以低导热率为特征的绝缘材料。所述绝缘材料可以包括气态材料，诸如环境空气。
在一些实施方案中，第一端部件和第二端部件的各自的第一光学层和第二光学层中的每一个的至少一个表面被施加有抗反射涂层。
在一些实施方案中，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都包括：光学层框架，以包含相应的第一光学层和第二光学层，所述光学层框架被安装至所述通道；以及护套，安装至所述光学层框架。
在一些实施方案中，温度变化材料被联接至每一个护套。所述温度变化材料可包括缠绕在每一个护套周围的线圈。
根据一些其他实施方案，提供了一种吸收光谱法系统，包括：一个光源，用于产生入射束；一个气室，具有：一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；第一端部件，其被安装在所述通道的第一端处，所述第一端部件包括第一光学层和第二光学层，所述第一光学层和第二光学层被定位以接收来自所述光源的所述入射束到所述通道内；以及第二端部件，其被安装在所述通道的第二端处，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括被定位以允许光传送进出所述通道的第一光学层和第二光学层；一个检测器，相对于所述通道定位以用于接收所述入射束的一种形态并且将对应于所述入射束的所述形态的数据信号传送至一个吸收光谱分析仪。
根据一些实施方案，提供了一种本文中所描述的任一个气室实施气体样本的吸收光谱法测量的用途。
附图说明
现在将参考附图详细阐述多个实施方案，在附图中：
图1A为根据一个示例性实施方案的与气室组件相互作用的部件的框图；
图1B为根据一个示例性实施方案的一个示例性气室组件的截面图；
图1C为根据一个示例性实施方案的另一个示例性气室组件的截面图；
图2A为根据一个示例性实施方案的一个示例性气室的截面图；
图2B示出根据另一个示例性实施方案的图2A中的示例性气室；
图3为根据一个示例性实施方案的另一个示例性气室的截面图；
图4A为根据一个示例性实施方案的一个示例性气室的截面图；
图4B示出根据另一个示例性实施方案的图4A中的示例性气室；
图5A示出根据一个示例性实施方案的在一个示例性气室组件的一部分处的一个示例性传送路径；
图5B示出在另一个示例性气室组件处的另一个示例性传送路径；
图5C示出在图5A中示出的示例性气室组件处的另一个示例性传送路径；
图6A示出根据一个示例性实施方案在一个示例性气室组件的一部分处的一个示例性传送路径；
图6B示出在另一个示例性气室组件处的一个示例性传送路径；
图6C示出图6A中示出的示例性气室组件处的另一个示例性传送路径；
图7A为根据一个示例性实施方案的又一个示例性气室的截面图；
图7B示出根据另一个示例性实施方案的图7A中的示例性气室；
图7C示出根据又一个示例性实施方案的图7A中的示例性气室；
图8为根据一个示例性实施方案的另一个示例性气室的截面图。
下文描述的附图被提供用于阐述本文所述的实施方案的多个实例的某些方面和特征，但无意于对其进行限制。为了简洁和清楚地阐述，附图中所示的元件不一定按比例绘制。为了清楚起见，一些元件的尺寸相对于另一些元件可以放大。应该理解的是，为了简洁和清楚地阐述，如果认为合适，参考数字可在不同附图中重复使用来表示对应的或类似的元件或步骤。
具体实施方式
应理解，大量的具体细节被陈述以提供对本文中描述的示例性实施方案的全面理解。然而，本领域普通技术人员应理解，本文中描述的实施方案可以在不考虑这些具体细节的基础上实施。在其他例子中，已知的方法、步骤和部件没有被详细描述，以使本文中描述的实施方案简明。另外，该说明书和附图不被用来以任何方式限制本文中描述的实施方案的范围，而是只描述本文中描述的各个实施方案的实施。
应注意，出现在本文中的描述程度的术语例如“基本(substantially)”，“约(about)”和“近似(approximately)”指的是修饰的术语的合理偏差量，以使最终的结果不会有明显改变。这些描述程度的术语可以被解释为包括修饰的术语的偏差，只要该偏差不会否定其修饰的术语的含义。
另外，如本文中所用的，词语“和/或”用于表示“包括-或”(inclusive-or)。也就是说，例如，“X和/或Y”用于表示X、或Y、或X和Y。进一步举例，“X，Y，和/或Z”用于表示X或Y或Z或它们的任意组合。
应注意，本文中使用的术语“联接(coupled)”表示两个元件可以被直接彼此联接，也可以通过一个或多个中间元件彼此联接。
光学吸收光谱法涉及引导来自光源的光束通过物质，诸如气体。所述物质可能处于封闭环境或开放路径。吸收强度至少随着物质的不同组分而变化。在传送穿过所述物质之后，传送的光束被一个检测器接收。该检测器然后可以向分析仪设备提供关于传送的光束的数据信号，以执行吸收光谱法分析。
物质吸收一定频率的电磁辐射总体可以通过比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law)来量化：
I＝Ioe-kcL
其中“I”表示被检测的光束的强度，“Io”表示由光源提供的初始光束的强度，“k”表示在给定温度和频率下在物质中的衰减子(attenuator)的吸收率，“c”表示物质中的衰减子的浓度，且“L”表示光束穿过物质的光程。根据比尔-朗伯定律，被检测的光束的强度(I)大体上与光程(L)成反比。被检测的强度和光程之间的反比关系对于物质内的如下组分尤其明显，这些组分以非常低的浓度存在和/或是特别弱的吸收体。被检测的强度和光程之间的反比关系说明了当提供增加的光程时物质组分的吸收增加。因为增加光程可以增加物质组分的吸收，因此可以提高吸收光谱法分析的灵敏度。
吸收光谱法中的含量分析的灵敏度对于某些行业可能是至关重要的。例如，燃煤电厂在氮氧化物(NOX)排放方面越来越受到相关监管部门的监管。因此，精确地鉴定物质组分并且通过相关的控制系统传送适当反馈的这种能力是至关重要的。
物质组分对电磁辐射的吸收可以在原位进行检测或抽取进行检测。原位分析包含使电磁辐射在物质形成的位置通过该物质。抽取分析包含在物质被从其原始位置抽取出且被带入测量环境——诸如一个封闭的容器——之后，使电磁辐射通过该物质。典型地，抽取式吸收光谱法测量(extractive absorption spectroscopy measurement)通过使用一个合适长度的吸收室或气室来执行。由于实际限制(诸如气室的可携带性和/或测量地点的可用空间)，气室的长度会受限。被测试的物质可以被称为气体样本。
多程气室(multi-pass gas cell)容纳增加的光程，使用多程气室可以提高吸收检测灵敏度，而不会显著增大测量仪器的尺寸。典型地，多程气室包括一组暴露在气体样本中的反射镜。该组反射镜多次反射光束，从而使穿过物质的整体光程大幅增加，而不需要增加气室本身的长度。
已经研发出不同的多程气室用于增加光程。常见类型的多程室可包括基于赫里奥特(Herriott)气室设计和怀特(White)气室设计的气室。
赫里奥特气室包括两个具有相同焦距的反射镜并且两个反射镜彼此隔开一个距离“D”。反射镜可以具有各种形状，诸如球面形、散腔形(astigmatic)或其它复杂的形状。赫里欧气室中的反射镜通常被装在一个合适的容器中，该容器具有入口连接和出口连接，使得样本气体以要求的速率流过气室。用于赫里奥特气室中的容器通常被设置以允许光束出入。
怀特气室包括三个具有相同曲率半径的球面凹面反射镜。两个相邻的反射镜可设置在第三个反射镜的对面。所述相邻的反射镜中的一个可被设置以接收来自光源的至少一个入射束，另一个相邻的反射镜可被设置以至少将最后的反射束导向检测器。在怀特气室中传送入射束的各个形态的过程中，所述相邻的反射镜可交替地反射从第三个反射镜接收的入射束的各个形态。类似于赫里奥特气室，怀特气室中的反射镜也典型地被装在一个合适的容器中，该容器具有入口连接和出口连接，使得气体样本流过气室。
然而，在气室的运行期间且特别是在工业环境下，即使所述气体被过滤，灰尘和/或其他污染物仍常常被引入气室内。一段时间后，灰尘和污染物沉积在反射镜上，并且根据污染物的类别，污染物甚至可以与反射镜表面发生反应。结果，反射镜的反射率会随着时间降低。反射镜的退化可以由软件补偿是可能的，但是反射镜的退化会引起光束检测强度的灵敏度减小。
赫里奥特气室和怀特气室中的反射镜与气体样本直接接触并且因此暴露在任何可能存在于气体样本中的灰尘和/或污染物中。视环境而定，气体样本可能包括腐蚀性物质，所述腐蚀性物质可以使得气室的部件(例如，反射镜)被腐蚀。因此，反射镜的反射率随着时间的降低可以显著减小由使用多程室带来的任何益处。由于反射镜需要被仔细准直，所以清洗或更换反射镜会是难处理的。
气室会被要求在远高于室温的一个温度下运行。例如，可能需要较高的温度来防止在气体室内形成冷凝，因为冷凝可以遮挡光束。某些不受欢迎的化学成分易于在低温下发生反应并由此影响物质的组分。不受欢迎的化学成分还会反应形成使测量仪器的部件损耗的污染物。例如，在燃煤电厂中，氨经常被注入由燃煤而生成的烟气中以减少NOX排放。然而，氨的过度注入会导致氨逃逸，或者导致烟气中的氨过量。依赖于烟气的温度，过量的氨和燃煤过程中形成的硫化物可以反应生成硫酸氢铵(ABS)。ABS的形成可以阻塞过滤器并且模糊气室的反射镜的表面和气室的窗口的表面。例如，ABS甚至可以在高达260℃的温度下形成。
不幸地，在高温下运行气室可能存在一些挑战。例如，运行气室可能需要的高温可以影响光学部件的准直。温度改变会影响准直，并且因此需要在气室达到将运行的温度时才能进行光学准直。
直接加热气室的窗口可以使与光学部件的准直有关的一些挑战最小化。然而，直接加热通常需要附接到窗口的加热元件，这可以减小窗口的透明面积并且因此限制可以用于气体测量的各种光束。能够帮助在升高的温度(例如，高于300℃)下连续运行的窗口密封元件(诸如，o型环和垫圈)可能是非常昂贵的并且甚至可能难以获得。
首先参考图1A，其是与示例性气室组件10相互配合的部件的框图2。气室组件10至少具有一个入口22i和一个出口22o。入口22i和出口22o可以是关闭的，以将气体样本包含在气室组件10中。如图所示，气室组件10可以接收由光源12产生的入射束50。入射束50在气室组件10中被传送并且入射束50的一种形态或者传送束54被检测器24接收。
如将参考图1B、图2A、图2B、图3、图4A至图4B、图7A至图7C以及图8描述的，气室组件10包括一个气室，该气室可以接收和包含气体样本。本文中所描述的气室的实施方案至少包括一个通道，在该通道内气体样本在入口22i处被接收且从出口22o处被排出。例如，如图1A和图1B中示出的，气室组件10的入口22i联接到气体源18以接收气体样本。通道的每一端都安装有一个端部件108，该端部件108包括一个光学透明部分以允许光传送进出通道。
图1B示出了一个示例性气室组件100A的截面图。当入射束50在第一端部件108f处被接收时，入射束50的一种形态被传送朝向第二端部件108s，同时与通道106内部的气体样本相互作用。第一端部件108f和第二端部件108s中的每一个都包括一个光学透明部分，该光学透明部分可以允许光束(诸如，图1B中示出的束50、52和54)传送进出通道106。
如图1B中示出的，入射束50的一种形态或者第一传送束50’代替原始的入射束50进入通道106，这是由于在第一端部件108f处的可能的反射损失。在第二端部件108s处，入射束50’的另一形态或者第二传送束50”被导向反射面111。由于通道106中的气体样本的吸收和第二端部件108s处的可能的反射损失，第二传送入射束50”的强度被减小。
反射面111被定位在气室110外部，且相对于第二端部件108s定位以接收来自第二端部件108s的第二传送束50”并且将反射束52导向第二端部件108s。
反射束52然后穿过第二端部件108s行进到通道106内且朝向第一端部件108f行进。第一端部件108f然后朝向检测器114传送反射束52的一种形态或最后的反射束54。如可以在图1B中看到的，第一端部件108f和第二端部件108s中的每一个的光学透明部分的仅内表面暴露于气体样本。
为了增加光程，光束可以通过第二端部件108s的光学透明部分上的一个不同的部分进出所述通道106。反射束52进入的在第二端部件108s上的部分可以至少随着第二传送束50”的入射角和反射面111的曲率而变化。反射面111可以是一个反射镜，例如凹面反射镜。
从图1B中示出的示例性传送路径可以看出，入射束50的光程可以延伸而无需增加通道106的长度。在图1B中示出的实施例中，入射束50的光程增加了至少两倍且因此，吸收测量的灵敏度也增加。
如图1B中示出的，检测器114相对于通道106定位以用于在入射束50多次穿过通道106之后接收入射束50的一种形态(即，最后的反射束54)。在一些实施方案中，检测器114可以将对应于所接收的形态的入射束50的数据信号传送到一个吸收光谱分析仪以用于实施吸收光谱法测量。与所接收的束相关联的数据可以包括光学数据。气室组件10也可以与控制器14电通信，以用于接收与气室组件10的运行相关联的控制信号。
当检测器114接收光信号形式的数据信号时，检测器114可以将光信号转换成电信号。例如，检测器114可以测定一个电流值，该电流值与检测器114所接收的最后的反射束54的强度成比例。在一些实施方案中，检测器114可以包括用于接收不同的数据信号的多个检测器部件。例如，检测器114可以包括用于测定第一光束的强度的第一检测器部件，以及用于测定不同于第一光束的第二光束的强度的第二检测器部件。各种检测器部件可被一起布置在一个单元中，或者可被设置为物理上分立的单元。
再次参考图1A，检测器24可以通过一个连接件(诸如，同轴电缆)向计算设备16传送电信号。在一些实施方案中，检测器24还可以将电信号转换成另一种形式，诸如使用电到光的信号转换器将电信号转换成代表该电信号的光信号。得到的光信号可以通过光缆传送给计算设备16。
计算设备16可以接收来自检测器24的数据信号，并对数据信号提供的信息进行相关分析。例如，计算设备16可以包括或可以是吸收光谱分析仪，以对数据信号提供的信息进行吸收光谱分析。计算设备16可以包括电子平板设备、个人电脑、工作站、服务器、便携式计算机、移动设备、掌上电脑、手提电脑、智能手机、便携式电子设备、测量仪器、或者它们的任意组合。
光源12也可被提供作为计算设备16的一部分。例如，当光源12与气室组件10分开定位时，光源12产生的入射束50可以通过光缆从计算设备16传送。
计算设备16可以至少包括一个通信部件26和一个处理器28。应该注意，在一些实施方案中，通信部件26和处理器28可以结合或可以分成一个或多个另外的部件。通信部件26和处理器28可以使用软件、硬件、或者软件和硬件的组合来实现。
通信部件26可操作以接收来自检测器24的数据信号。通信部件26可以包括串行端口、并行端口或通用串行总线端口(USB port)中的至少一个。通信部件26还可以包括因特网、局域网(LAN)、以太网、火线(Firewire)、调制解调器、或其他无线连接中的至少一个。这些元件的各种组合可以被并入到通信部件26中。
处理器28可以基于由通信部件26接收的数据信号执行分析，或者在一些实施方案中，可以使得相关分析由一个或多个其他部件(未示出)来执行。处理器28可以是任何合适的控制器或数字信号处理器，依赖于计算设备16的构型、目的和要求，它们能提供足够的处理能力。在一些实施方案中，处理器28可包括多于一个的处理器，其中每一个处理器被配置用于执行不同的专设任务。
在一些实施方案中，计算设备16还可包括一个存储器(未示出)。所述存储器可以包括RAM、ROM、一个或多个硬盘驱动器、一个或多个闪盘驱动器、或一些其他的合适的数据存储元件，诸如磁盘驱动器等。存储器可以是计算设备16的一部分，或者与计算设备16分立，但是与计算设备16电通信。
光源12相对于气室组件10定位用于将入射束50传送朝向包含气体样本的气室。例如，图1B示出光源112相对于气室组件100A定位用于将入射束50传送朝向气室110。入射束50的波长随着待要执行的吸收光谱法分析的各个方面(诸如，吸收光谱法分析的类型、待分析的气体样本和/或想要鉴定的含量)而变化。例如，近红外光束或中红外光束可以用于测量多种不同种类的气体，诸如，非常低浓度的氨气。对于某些其他气体，也可以使用可见光束和/或紫外线(UV)光束。在一些实施方案中，入射束50可以是平行束。
光源12可以包括一个光发生器以产生入射束50，或者可以包括发射光学器件(launching optics)，该发射光学器件通过光缆从远程光发生器接收入射束50。
例如，当光源12包括发射光学器件时，可以在计算设备16处设置光发生器。在一些实施方案中，光发生器可以包括位于计算设备16处的一个可调谐的二极管激光器，该计算设备16可以是一个光谱分析仪。因此，入射束50可以是一个激光束，该激光束通过适合激光束波长传送的光缆从可调谐二极管激光器提供给光源12。
类似于检测器24，光源12可包括多个光源部件以传送不同的入射束50。例如，光源12可包括用于传送第一入射束的第一光源部件，以及用于传送第二入射束的第二光源部件。各个光源部件可被一起布置在一个单元中，或者可被设置为物理上分立的单元。如将描述的，气室组件10可接收多个不同的入射束50，用于鉴定气体样本中的不同的气体组分和/或测量气体样本中的不同的气体组分中的每一个的量。
气体源18可以随着测试环境而改变。例如，在发电厂中，气体源18可以是管路(pipeline)或管道(duct)的排气口。在实验室测试环境下，气体源18可以是由反应物形成的实验气体。在化工厂中，气体源18可以是过程气体。在燃烧应用中，气体源18可以是废气(诸如，一氧化碳和/或二氧化碳)。在焚化炉中，气体源18可以是烟囱，其中，例如氯化氢需要被测量。
控制器14可以与计算设备16和气室组件10电通信。根据对数据信号的分析，计算设备16可以对控制器14产生控制信号。控制信号可以向控制器14指示气室组件10的运行应该被调整和/或气室组件10的运行应该被怎样调整。
在一些实施方案中，气室组件10、计算设备16和控制器14中的一个或多个可以被设置为通过能够承载数据的网络(未示出)进行通信。示例性网络可以是因特网、以太网、同轴电缆、光纤、卫星、手机、无线固定电话、局域网、广域网络、和其它，包括它们的组合，这些网络能够与各部件交互并且实现各部件之间的通信。
再次参考图1B，气室组件100A包括气室110和反射面111。光源112和检测器114相对于气室组件110A定位。气室110、反射面111、光源112和检测器114中的每一个都安装至基座132。在图1B中示出的示例性实施方案中，气室110通过支架130a和130b安装至基座132，反射面111通过支架124安装至基座132，并且光源112和检测器114通过另一个支架126安装至基座132。
准直控制件可以有效联接至支架124和126中的每一个以调整安装在其上的部件的定向。如图1B中例示的，准直控制件116和118可以有效联接至支架124以调整反射面111相对于气室110和/或光源112的准直，并且准直控制件122a和122b可以有效联接至支架126以调整光源112相对于第一端部件108f和反射面111的准直。准直控制件116、118、122a和122b可以是一个螺旋物和/或用于调整另一个部件的定向的其它类似部件。
本文中参考图2A、图2B、图3、图4A、图4B、图7A至图7C以及图8描述的气室110的各个实施方案可以用在气室组件100A的其他构型中。例如，在图1C中示出气室组件100B的另一个实施方案。
气室组件100B可以包括第二反射面113，该第二反射面被定位在第一端部件108f的对面并且检测器114然后可以被在定位在通道106的与光源112的相对端处。如图1C中示出的，检测器114可以通过支架127安装在第二端部件108s的对面并且在第一反射面111的后面。第二反射面113可以通过支架125安装在第一端部件108f的对面。准直控制件117a和117b可以有效联接至支架125以调整第二反射面113的准直。光传送路径包括在第一反射面111和第二反射面113之间的多重反射，如图1C中示出的。
气室110包括通道106，通道106提供从入口104i到出口104o的通路。入口104i可以接收来自气体源18的气体样本并且出口104o可以将气体样本从气室110排出。第一端部件108f和第二端部件108s中的每一个都可以包括光学透明部分。将参考图2A、图2B、图3、图4A、图4B、图7A至图7C以及图8描述第一端部件108f和第二端部件108s的各个实施方案。
仍参考图1B，在通道106的第一端上安装第一端部件108f。第一端部件108f包括一个光学透明部分，该光学透明部分可以接收光源112产生的进入通道106内的入射束50。在通道106的与该通道106的第一端基本相对的第二端上安装第二端部件108s。类似于第一端部件108f，第二端部件108s包括一个光学透明部分，该光学透明部分允许光传送进出通道106。例如，如图1B中示出的，第二端部件108s可以接收来自反射面111的反射束52，并且第一端部件108f可以朝向检测器114传送最后的反射束54。
第一端部件108f和第二端部件108s能够可固定地且可移除地安装至通道106。固定联接件可以包括密封件(例如，o型环)、螺纹联接件和/或其他类似类型的联接件。
现在将参考图2A、图2B、图3、图4A、图4B、图7A至图7C以及图8描述气室110的一些示例性实施方案。
可以调节气室110的部件的温度以促进气室110的运行。具体而言，可以调节通道106的温度以防止在光学透明部分处形成冷凝且防止随后会妨碍光学透明部分的不受欢迎的化学成分的形成。例如，在燃煤电厂中，通道106的增加的温度可以减小硫酸氢铵(ABS)的形成。另外，如将通过图2A、图2B、图3、图4A、图4B、图7A至图7C以及图8中示出的气室110的各个实施方案描述的，还可以使气室110的光学透明部分的表面和通道106内部之间的温差最小化。通过使光学透明部分的温度和通道106的内部温度之间的温差最小化，可以显著减小形成在第一端部件108f的内表面和第二端部件108s的内表面上的冷凝和ABS沉积的可能性。
现在将参考图2A，图2A是一个示例性气室210A的截面图。
气室210A包括一个通道206，该通道206具有一个用于接收气体样本的入口204i和一个从中可以排出气体样本的出口204o。
为了控制通道206内部的温度，一种温度变化材料可以联接至通道206。在图2A中示出的实施例中，在通道206的周围缠绕温度变化线圈280。温度变化材料可以是加热材料或冷却材料。用于形成通道206的材料的类型也可以影响可以由温度变化线圈280提供的温度改变量。在一些实施方案中，一种绝缘材料(图2A中未示出)可以装在温度变化线圈280的周围以进一步稳定通道206处的温度。
当温度变化材料充当加热材料时，该加热材料可以引起通道206的温度增加并且作为结果，通道206内的气体样本的温度也增加。当温度变化材料充当冷却材料时，该冷却材料可以引起通道206的温度降低并且作为结果，通道206内的气体样本的温度也降低。通道206的温度可以增加到超过气室210A的外部环境的温度或可以降低到下降至外部环境的温度以下。
通道206的每一端都被端部件208封闭。第一端部件208f安装在通道206的第一端处并且第二端部件208s安装在通道206的第二端处。第一端部件208f包括光学透明部分262且第二端部件208s包括光学透明部分266。光学透明部分262被包含在光学框架260f内，且光学透明部分266被包含在光学框架260s内。
另外，如图2A中示出的，第一护套290f安装到光学框架260f以形成端部件208f，且第二护套290s安装到光学框架260s以形成端部件208s。护套290f和290s中的每一个可以与沿着通道206的长度的一个轴线同轴安装。
护套290f和290s通过使光学透明部分262和266免于直接接合气室210A的外部环境(诸如测试环境)，可以帮助稳定通道206与光学透明部分262和266之间的温度。第一护套290f可以安装至光学框架260f使得第一光学透明部分262未直接暴露至测试环境。类似地，第二护套290s可以安装至光学框架260s以防止第二光学透明部分266直接暴露至测试环境。因此，通过护套290f、290s可以在一定程度上调节光学透明部分262和266的温度。
在一个具有气室210A的气室组件内的光传送期间，光束与光学透明部分262和266的相互作用可能造成剩余反射，这是因为光学透明部分262和266可以充当相当弱的反射面。施加到光学透明部分262和266的表面的抗反射材料可以在一定程度上使剩余反射最小化。然而，由光束与光学透明部分262和266的相互作用仍然会造成剩余反射。
为了最小化由剩余反射可能引起的光学噪声(标准量具(etalon))，第二光学透明部分266可以朝向反射面111倾斜并且第一光学透明部分262也可以朝向光源112倾斜。
如图2A中示出的，沿着第二光学透明部分266的长度的轴线209s可以被定向为相对于垂直于通道206的长度的轴线207成一个端部倾斜角294s(θt,s)。类似地，沿着第一光学透明部分262的长度的轴线209f可以被定向为相对于轴线207成一个端部倾斜角294f(θt,f)。
端部倾斜角294s的值可以基本等于端部倾斜角294f的值，但是彼此镜像对称使得光束不偏离传送路径。例如，当入射束50从光源112在第一光学透明部分262处被接收且从光传送路径偏离(例如，偏移)所述端部倾斜角294f时，其后由通道206传送且在第二光学透明部分266处被接收的光束可以通过第二光学透明部分266被重新准直于光传送路径，所述第二光学透明部分266以端部倾斜角294s倾斜。端部倾斜角294f和294s的镜像对称可以相互补偿。
图2B示出了另一个示例性气室210B。
类似于图2A中示出的气室210A，气室210B的第一端部件208f’包括安装至光学框架260f的护套290f，且第二端部件208s’包括安装至光学框架260s的护套290s。不像气室210A，气室210B包括联接至护套290f和290s中的每一个的温度变化材料。类似于温度变化线圈280，联接至护套290的温度变化材料是缠绕在每一个护套290f、290s周围的温度变化线圈282。温度变化线圈282可以帮助稳定光学透明部分262和266处的温度，以使光学透明部分262和266与通道206内部之间的温度梯度最小化。
温度变化线圈280、282可以被控制以实现光学透明部分262和266与通道206内部处的总体均匀温度。例如，可以控制所述温度变化线圈280和282以向气室210B的相应的部件提供相同的温度。在一些其他实施方案中，依赖于在光学透明部分262和266中的每一个以及通道206处测量的温度，可以控制温度变化线圈280和282中的每一个的温度以提供气室210B的相应的部件处的不同温度从而提供气室210B处的整体均匀温度。
图3是另一个示例性气室310的截面图。
像气室210A、210B一样，气室310也包括一个通道306，通道306具有一个用于接收气体样本的入口304i和一个可以排出气体样本的出口304o。温度变化材料(即温度变化线圈380)联接至通道306以控制通道306内部的温度。像温度变化线圈280一样，温度变化线圈380可以是加热材料或冷却材料。
由第一端部件308f和第二端部件308s封闭所述通道306。第一端部件308f和第二端部件308s通过联接件309f、309s可固定地且可移除地安装至通道306的相应的端。联接件309f、309s可以是螺纹联接件或者其他类似类型的联接件。
不像气室210A、210B的光学透明部分262、266，气室310的光学透明部分362、366向内定位在通道306内。光学透明部分362、366在通道306的长度内的位置可以随着通道306的整体长度和整体光传送所期望的光程而变化。依赖于待实施的吸收光谱法的类型，较短的光程可以足以在一个期望的灵敏度级别获得数据,因此，光学透明部分362、366可以进一步安装在通道306内以增强光学透明部分362、366的温度稳定性。在一些吸收光谱法分析中，数据可能要求一个高级别的灵敏度,因此，将期望较长的光程。可以靠近通道306的任一端安装光学透明部分362、366以使光程最大化。
通过将光学透明部分362、366向内定位在通道306内，光学透明部分362、366可以免于与气室310的外部环境直接接合。光学透明部分362、366的温度还可以受益于通过通道306的内部温度和/或围绕通道306的温度变化线圈380被调节。
为了将光学透明部分362、366向内定位在通道306内，一个延伸构件可以安装至通道306的一端，诸如通过联接件309f、309s，同时所述延伸构件在通道306内向内延伸。如图3中示出的，第一延伸构件390f具有第一构件端392f，该第一构件端通过联接件309f安装至通道306的第一端。第一延伸构件390f具有第二构件端392s，该第二构件端在通道306内向内延伸。第一光学透明部分362在第二构件端392s处安装至第一延伸构件。
在图3中示出的实施例中，第一光学框架360f包含第一光学透明部分362并且第一光学框架360f安装至第二构件端392s。在一些其他实施方案中，第一光学透明部分362可以直接安装到第一延伸构件390f而不需要第一光学框架360f。
具有第一构件端394f和第二构件端394s的第二延伸构件390s类似地将第二光学透明部分366安装至通道306。第二光学框架360s包含第二光学透明部分366并且第二光学框架360s在第二构件端394s处安装至第二延伸构件390s。
在一些实施方案中，护套可以用作延伸构件390f、390s。
在一些实施方案中，第一端部件108f和第二端部件108s每一个都可以包括至少两个光学层。将参考图4A、图4B、图7A至图7C以及图8描述这样的示例性实施方案。
图4A是一个示例性气室410A的截面图。
类似于图2A中示出的气室210A，气室410A包括一个通道406，通道406具有一个入口404i和一个出口404o。通道406也缠绕有温度变化线圈480以帮助调节气室410A的温度并且尤其是调节通道406的温度。通过安装在通道406的第一端处的第一端部件408f和安装在通道406的第二端处的第二端部件408s封闭所述通道406。第一端部件408f包括相应的光学框架460f且第二端部件408s包括相应的光学框架460s，以用于包含一对光学层。
如图4A中示出的，第一端部件408f包含与第二光学层464隔开的第一光学层462，并且第二端部件408s包括与第二光学层468隔开的第一光学层466。第一端部件408f的第一光学层462和第二光学层464被定位以接收来自光源112的入射束50，并且第二端部件408s的第一光学层466和第二光学层468被定位以允许光传送进出通道406。
第一光学层462和第二光学层464包含在第一光学框架460f内，并且第一光学层466和第二光学层468包含在第二光学框架460s内。例如，第一光学框架460f可以包括凹槽以用于接收第一光学层462和第二光学层464中的每一个，并且第二光学框架460s可以包括凹槽以用于接收第一光学层466和第二光学层468中的每一个。第一光学框架460f和第二光学框架460s安装至通道406。
在图4A中，光学层对462、464以及466、468大体上彼此平行。在一些实施方案中，诸如图4B中示出的气室410B，第一光学层462、466和第二光学层464、468可以相对于彼此以不同的角度定向。光学框架460f、460s可以供应第一光学层462、466相对于第二光学层464、468的定向。
第一光学层462、466中的每一个与相应的第二光学层464、468之间的间隔470可以帮助稳定气室410A的内部温度。这可能在气室410A在高温下运行期间尤其重要。
在一些实施方案中，可以排空每对光学层(即第一光学层462和第二光学层464，以及第一光学层466和第二光学层468)之间的间隔470以形成压力降低区域。结果，间隔470可以几乎被真空密封。在一些实施方案中，当第一光学层462和第二光学层464之间的间隔470，以及第一光学层466和第二光学层468之间的间隔470填充有低导热率特性的绝缘材料时，这些间隔可以被密封。绝缘材料可以是气态材料，诸如环境空气。
绝缘材料可以将通道406的内部与测试环境隔离开，因此将通道406内部的温度与测试环境的温度隔离开。热量例如可以被捕获在每对光学层(例如，第一光学层462和第二光学层464，以及第一光学层466和第二光学层468)之间，使得与气体样本直接接触的光学层(例如，第二光学层464、468)的温度可以相对稳定。
在第一端部件408f和第二端部件408s处的成对光学层可以使与在高温下运行气室(诸如，410A)用于实施吸收光谱法分析相关联的至少一些挑战最小化。
第一光学层462、466和第二光学层464、468可以由能够使光传送损失尽可能最小化的材料形成。示例性材料可以包括玻璃材料、塑料材料和/或其他合适的材料。抗反射材料可以被施加到第一光学层462、466和第二光学层464和468中的每一个的至少一个表面以最小化反射损失。抗反射材料可以减少可能在第一光学层462、466和第二光学层464、468处发生的不受欢迎的反射。施加到第一光学层462、466和第二光学层464、468的抗反射材料的类型可以针对光束的不同波长和/或光束的入射角而变化。
为了进一步减小剩余反射，在第一端部件408f处的成对的光学层462和464，以及在第二端部件408s处的成对的光学层466和458可以与图2A中示出的气室210A的第一端部件208f和第二端部件208s以类似的方式倾斜。
如图4A中示出的，第一光学层462和第二光学层464以及第一光学层466和第二光学层468大体上彼此平行，并且第一光学层462和第二光学层464相对于通道406的轴线407以端部倾斜角494f(θt,f)定向，第一光学层466和第二光学层468相对于通道406的轴线407以端部倾斜角494s(θt,s)定向。第二光学框架460s可以相对于轴线407以端部倾斜角494s(θt,s)定向并且第一光学框架460f可以相对于轴线407以端部倾斜角494f(θt,f)定向。端部倾斜角494s的值可以基本等于端部倾斜角494f的值，但是彼此镜像对称使得从通道的任一端离开的光束不偏离传送路径。
由于在成对的光学层之间的光束传送，诸如第一传送束50’在第二光学层468和第一光学层466之间的传送，仍会造成剩余反射。参考图5A描述包括第一光学层466处的剩余反射的一个示例性光传送路径。
图5A示出在一个示例性气室组件10的一部分处的一个示例性传送路径500A。图5A中示出的示例性气室组件10的该部分包括反射面111和与第二光学层468隔开间距(s1)504的第一光学层466。
示例性传送路径500A示出通过第一光学层466和第二光学层468朝向反射面111传送的第一传送束550。示例性传送路径500A示出由于第一传送束550和第一光学层466的相互作用产生剩余束562，并且由于第一传送束550和第二光学层468的相互作用产生剩余束564。对于图5A中示出的示例性气室组件10的构型，剩余束562在第二光学层468处与第一传送束550干涉，并且也与剩余束564干涉。剩余束562和剩余束564之间的干涉以及剩余束562和第一传送束550之间的干涉可以引起不受欢迎的光学噪声。剩余束562、剩余束564和第一传送束550的重叠总体上示出为图5A中的512。
气室组件10的各种特性可以影响剩余束562、564可以引起的光学噪声的程度。示例性特性包括第一光学层466和第二光学层468之间的间隔、第一光学层466的厚度、第二光学层468的厚度和/或入射束50的直径。
图5B示出在示例性气室组件10的一部分处的另一个示例性传送路径500B。在图5B中，第一光学层466与第二光学层468隔开一个间隔(s2)504’。间隔(s2)504’大于图5A中的间隔(s1)504。通过增加第一光学层466和第二光学层468之间的间隔504，剩余束562’的传送路径在第二光学层468处不与光束550的传送路径重叠。剩余束562’的传送路径也不与剩余束564’的传送路径重叠。
图5C示出在图5A中示出的示例性气室组件10的部分处的另一个示例性传送路径500C。类似于图5A中示出的实施例，第一光学层466与第二光学层468隔开一个间隔(s1)504。图5C中的第一传送束550’的直径比图5A中第一传送束550的直径更窄。如图5C中示出的，由于第一传送束550’的较窄的直径，即使第一光学层466与第二光学层468隔开间隔(s1)504，剩余束562”的传送路径在第二光学层468处也不与第一传送束550’的传送路径重叠。类似地，由于第一传送束550’的较窄的直径，剩余束562”与剩余束564”也不彼此干涉。
再次参考图1B和图4A，第一光学层466与第二光学层468不平行于反射面111。因此，来自反射面111的反射束52的传送路径将不平行于第二传送束50”的传送路径(例如，见图1B)。如将参考图6A至图6C描述的，气室组件100A、100B的各种特性可以影响反射束52的传送路径是否在第一光学层466处与第二传送束50”的传送路径重叠。各种示例性特性可以包括第一光学层466和第二光学层468之间的间隔的尺寸、第一光学层466的厚度、第二光学层468的厚度和/或入射束50的直径。
图6A示出在示例性气室组件10的一部分处的一个示例性传送路径600A。在图6A中，反射面111被定位成与第一光学层466相距一个距离(d1)602。在反射面111和第一光学层466的最远点之间测量到距离(d1)。
在图6A中示出的传送路径600A中，第一传送束650经由第一光学层466和第二光学层468从通道406被传送朝向反射面111。反射面111反射第一传送束650以产生反射束652，并且将反射束652导向第一光学层466。如图6A中示出的，反射束652的传送路径不平行于第一传送束650的传送路径。相反，光束650的传送路径和光束652的传送路径在第一光学层466处彼此干涉。光束650和光束652的重叠总体示出为610。
图6B示出在另一个示例性气室组件10的一部分处的另一个示例性传送路径600B。在图6B中，反射面111被定位成与第一光学层466相距一个距离(d2)602’而不是图6A中示出的实施例中的距离(d1)602。距离(d2)602’大于距离(d1)602。通过增加第一光学层466与反射面111之间的距离602，光束652’的传送路径和光束650的传送路径在第一光学层466处不重叠。
图6C示出在图6A中示出的气室组件10处的另一个示例性传送路径600C。在图6C中示出的实施方案中，第一传送束650’的直径比图6A中示出的第一传送束650的直径更窄。由于第一传送束650’的较窄的直径，即使反射面111被定位成与第一光学层466相距距离(d1)602，反射束652”的传送路径与第一传送束650’的传送路径在第一光学层466处也不重叠。
图4B示出一个示例性气室410B。除了成对的光学层462’和464以及466’和468的构型以外，示例性气室410B类似于气室410A。
气室410B的第一端部件408f’包括第一光学层462’和第二光学层464。第一光学层462’相对于第二光学层464以光学层倾斜角472f(θm,f)定位。第一光学框架460f’可以促进第一光学层462’相对于第二光学层464的定向。
类似地，第二端部件408s’包括第一光学层466’，该第一光学层466’也相对于第二光学层468以光学层倾斜角472s(θm,s)定位。光学层倾斜角472f可以具有与光学层倾斜角472s的值相同的值，但是光学层倾斜角472f与光学层倾斜角472s镜像对称。第二光学框架460s’也可以促进第一光学层466’相对于第二光学层468的定向。
第一光学层462’相对于第二光学层464以光学层倾斜角472f的定向，以及第一光学层466’相对于第二光学层468以光学层倾斜角472s的定向可以有助于减少由于如下剩余反射造成的所有光学噪声，即，在第一光学层462’和第二光学层464之间产生的剩余反射以及在第一光学层466’和第二光学层468之间产生的剩余反射。通过使第一光学层462’、466’相对于第二光学层464、468倾斜，由第一光学层462’、466’和第二光学层464、468产生的剩余反射将不平行于入射束50行进并且因此，光学噪声可以减少。
如参考图6A至图6C描述的，气室组件10的各种特性都会影响气室内的光传送路径，所述特性诸如第一光学层462和第二光学层464之间的间隔的尺寸、第一光学层466和第二光学层468之间的间隔的尺寸、第一光学层462、466的厚度、第二光学层464、468的厚度以及入射束50的直径。因为光学层倾斜角472f、472s也可以使光传送路径变化，光学层倾斜角472f、472s的值可以随着气室组件10的特性而变化。
在一些实施方案中，第二光学层464也可以替代地相对于第一光学层462’以光学层倾斜角472f倾斜，且第二光学层468也可以替代地相对于第一光学层466’以光学层倾斜角472s倾斜。在一些实施方案中，第一光学层462和第二光学层464可以相对于彼此以及相对于光学框架460f的纵向轴线倾斜，且第一光学层466和第二光学层468可以相对于彼此以及相对于光学框架460s的纵向轴线倾斜。
在一些实施方案中，光学层倾斜角472f、472s中的每一个都可以大于0度且在10度以下或等于10度。可以使用用于光学层倾斜角472f、472s的其他值。
图7A是另一个示例性气室710A的截面图。
除了第一端部件708f和第二端部件708s以外，气室710A总体类似于图4A中示出的气室410A。在图7A中，第一端部件708f包括第一光学框架460f和安装在其上的护套790f，该第一光学框架460f包含第一光学层462和第二光学层464，并且第二端部件708s包括第二光学框架460s和安装在其上的护套790s，该第二光学框架460s包含第一光学层466和第二光学层468。如参考图2A描述的，护套790f、790s可以有助于稳定在通道406与光学透明部分(诸如，光学层462、464、466和468)之间的温度。使用护套790f、790s，可以调节第一光学层462和466的温度，因为它们不直接暴露到测试环境。
另外，护套790f、790s可以有助于使光学层462和464之间的间隔470以及光学层466和468之间的间隔470内的温度变化最小化。光学层462和464之间的间隔470以及光学层466和468之间的间隔470内的温度的特点可以用如下温度梯度描绘，该温度梯度的值从第二光学层464、468朝向第一光学层462、466降低。护套790f、790s可以减小间隔470内的温度变化。结果，在第一光学层462、466处形成冷点和热点的可能性可以被最小化。
图7B示出另一个示例性气室710B。
类似于图7A中示出的气室710A，第一端部件708f’包括安装到相应的光学框架460f的护套790f，第二端部件708s’包括安装到相应的光学框架460s的护套790s。不像气室710A，气室710B包括联接至护套790f、790s中的每一个的温度变化材料。图7B中示出的温度变化材料是温度变化线圈782。像图2B中示出的温度变化线圈282，温度变化线圈782可以有助于使成对的光学层462和464以及466和468处的温度相对于通道406内部是稳定的。温度变化线圈782还可以减小在间隔470内的温度梯度的变化程度。
像图2B中示出的温度变化线圈280、282，可以控制温度变化线圈780、782以影响成对的光学层762和764以及766和768以及通道406内部处的总体均匀温度。例如，可以控制温度变化线圈780和温度变化线圈782以向气室710B的相应的部件提供相同的温度。在一些其他实施方案中，依赖于在每对光学层762和764以及766和768以及通道406处测量的温度，可以控制每一个温度变化线圈780和782的温度以提供气室710B的相应的部件处的不同温度从而提供在气室710B处的整体均匀温度。
图7C示出另一个示例性气室710C。
气室710C总体上相应地类似于图4B中示出的气室410B，除了第一端部件708f”和第二端部件708s”。在图7B中，第一端部件708f”包括第一光学框架460f’和安装在其上的护套790f，该第一光学框架460f’包含第一光学层462’和第二光学层464，并且第二端部件708s”包括第二光学框架460s’和安装在其上的护套790s，该第二光学框架460s’包含第一光学层466’和第二光学层468。如参考图4B描述的，第一光学层462’相对于第二光学层464以光学层倾斜角472f(θm,f)定位，并且第一光学层466’相对于第二光学层468以光学层倾斜角472s(θm,s)定位。在图7C中示出的实施例中，护套790f、790s中的每一个都与温度变化线圈782联接。应理解，气室710C的一些实施方案可以包括不与温度变化线圈782联接的护套790f、790s。
图8是另一个示例性气室810的截面图。
气室810包括一个通道806，该通道806具有一个入口804i和一个出口804o。温度变化线圈880围绕所述通道806以调节所述通道806内的温度。所述通道806被第一端部件808f和第二端部件808s封闭。第一端部件808f和第二端部件808s通过联接件809f、809s可固定地且可移除地安装至通道806的相应的端。联接件809f、809s可以是螺纹联接件或者其他类似类型的联接件。
类似于气室710A、710B和710C，气室810包括在第一端部件808f处的一对光学层和在第二端部件808s处的一对光学层。第一端部件808f包括第一光学层862和与第一光学层862隔开一个间隔870的第二光学层864，并且第二端部件808s包括第一光学层866和与第一光学层866隔开一个间隔870的第二光学层868。然而，不像气室710A、710B和710C，成对的光学层862、864和866、868向内定位在气室810内。
如参考气室310描述的，将成对的光学层862、864和866、868向内定位在通道806内可以使成对的光学层862、864和866、868免于直接接合气室810的外部环境。结果，成对的光学层862、864和866、868处的温度较不易受外部环境温度的影响。另外，成对的光学层862、864和866、868的温度可以受益于通过通道806的内部温度和/或围绕通道806的温度变化线圈880被调节。
成对的光学层862、864和866、868在通道806的长度内的位置可以随着通道806的整体长度和整体光传送所期望的光程而变化。类似于图3中示出的实施方案，成对的光学层862、864和866、868在通道806内安装的位置可以随着待实施的吸收光谱法的类型而变化。当较不敏感的数据测量满足要求时，较短的光程可以用于吸收光谱法并且因此，成对的光学层862、864和866、868可以较远地安装在通道806内以使成对的光学层862、864和866、868的温度调节最大化。然而，当数据要求一个高级别灵敏度时，则期望较长的光程，因此，成对的光学层862、864和866、868可以安装成较靠近通道806的任一端以最大化光程。
如图8中示出的，第一延伸构件890f可以将成对的光学层862、864向内安装在通道806内并且第二延伸构件890s可以将成对的光学层866、868向内安装在通道806内。延伸构件890f具有通过联接件809f安装至通道806的相应端的第一构件端892f，且延伸构件890s具有通过联接件809s安装至通道806的相应端的第一构件端894f。延伸构件890f具有在通道806内向内延伸的第二构件端892s，且延伸构件890s具有在通道806内向内延伸的第二构件端894s。成对的光学层862、864安装至第二构件端892s，且成对的光学层866、868安装至第二构件端894s。
光学框架，诸如860f和860s可以包含相应的成对的光学层862、864和866、868。如图8中示出的，光学框架860f和860s安装至第二构件端892s、894s。在一些其他实施方案中，成对的光学层862、864和866、868可以直接安装至第二构件端892s、894s而不需要光学框架860f和860s。
在一些实施方案中，护套可以用作延伸构件890f、890s。
在这里，仅通过示例方式描述了多种实施方案。在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对这些示例性实施方案进行多种改型和变化，本发明的范围仅由随附的权利要求限定。

Claims (44)

1.一种提供用于实施吸收光谱法的气室的方法，所述方法包括：
提供一个通道，所述通道具有用于接收来自气体源的气体样本的入口和用于将所述气体样本从所述气室排出的出口；
为所述通道提供第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都包括光学透明部分，并且所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都被设置以使相应的光学透明部分的温度与所述通道的内部温度之间的温差最小化；
将所述第一端部件安装至所述通道的第一端，所述第一端部件的光学透明部分被定位以用于接收来自一个光源的入射束到所述通道内；以及
将所述第二端部件安装至所述通道的第二端，所述第二端与所述第一端基本相对，所述第二端部件的光学透明部分被定位以用于允许光传送进出所述通道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中为所述通道提供所述第一端部件和所述第二端部件包括：
将每一个光学透明部分安装至一个相应的光学框架；以及
将一个护套安装至所述相应的光学框架，所述护套使相应的光学透明部分免于直接接合所述气室的外部环境。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：将温度变化材料安装至每一个护套。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述温度变化材料安装至每一个护套包括：用温度变化线圈围绕所述护套。
5.根据权利要求1所述的方法，其中为所述通道提供所述第一端部件和所述第二端部件包括：
将每一个光学透明部分向内定位在所述通道内以使相应的光学透明部分免于直接接合所述气室的外部环境。
6.根据权利要求5所述的方法，其中为所述通道提供所述第一端部件和所述第二端部件进一步包括：
将第一延伸构件安装至所述通道，所述第一延伸构件具有安装至所述通道的第一端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第一端部件的光学透明部分安装在所述第一延伸构件的第二构件端处；以及
将第二延伸构件安装至所述通道，所述第二延伸构件具有安装至所述通道的第二端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第二端部件的光学透明部分安装在所述第二延伸构件的第二构件端处。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：提供护套作为所述第一延伸构件和所述第二延伸构件中的每一个。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中为所述通道提供所述第一端部件和所述第二端部件包括：
提供一对光学层作为所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个的光学透明部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中提供一对光学层作为所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个的光学透明部分包括：
基本真空密封每对光学层之间的间隔。
10.根据权利要求8所述的方法，其中提供一对光学层作为所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个的光学透明部分包括：
用以低导热率为特征的绝缘材料填充每对光学层之间的间隔。
11.根据权利要求10所述的方法，包括提供气态材料作为所述绝缘材料。
12.根据权利要求11所述的方法，包括提供环境空气作为所述气态材料。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，还包括将温度变化材料安装至所述通道。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述温度变化材料安装至所述通道包括用温度变化线圈围绕所述通道。
15.一种吸收光谱法系统，包括：
一个光源，用于产生入射束；
一个气室，其是根据如下方法提供的，所述方法包括：
提供一个通道，所述通道具有用于接收来自气体源的气体样本的入口和用于将所述气体样本从所述气室排出的出口；
为所述通道提供第一端部件和第二端部件，所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都包括光学透明部分，并且所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都被设置以使相应的光学透明部分的温度与所述通道的内部温度之间的温差最小化；
将所述第一端部件安装至所述通道的第一端，所述第一端部件的光学透明部分被定位以用于接收来自所述光源的入射束到所述通道内；以及
将所述第二端部件安装至所述通道的第二端，所述第二端与所述第一端基本相对，所述第二端部件的光学透明部分被定位以用于允许光传送进出所述通道；以及
一个检测器，所述检测器相对于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一种形态并且将对应于所述入射束的所述形态的数据信号传送至一个吸收光谱分析仪。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述气室是根据权利要求2至14中的任一项被进一步限定的。
17.一种用于吸收光谱法的气室，所述气室包括：
一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；
第一端部件，在所述通道的第一端处被安装至所述通道，所述第一端部件包括第一光学透明部分，所述第一光学透明部分向内定位在所述通道内并且被定位以接收来自一个光源的入射束到所述通道内；以及
第二端部件，在所述通道的第二端处被安装至所述通道，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括第二光学透明部分，所述第二光学透明部分向内定位在所述通道内并且被定位以允许光传送进出所述通道。
18.根据权利要求17所述的气室，其中：
所述第一端部件包括第一延伸构件，所述第一延伸构件具有安装至所述通道的第一端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第一光学透明部分安装在所述第一延伸构件的第二构件端处；以及
所述第二端部件包括第二延伸构件，所述第二延伸构件具有安装至所述通道的第二端的第一构件端和在所述通道内向内延伸的第二构件端，所述第二光学透明部分安装至所述第二延伸构件的第二构件端。
19.根据权利要求18所述的气室，其中所述第一延伸构件和所述第二延伸构件中的每一个都包括护套。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的气室，其中所述第一光学透明部分和所述第二光学透明部分中的至少一个包括两个光学层。
21.根据权利要求17至20中的任一项所述的气室，其中温度变化材料被联接至所述通道。
22.根据权利要求21所述的气室，其中所述温度变化材料包括缠绕在所述通道周围的线圈。
23.根据权利要求17至22中的任一项所述的气室，其中所述第一光学透明部分和所述第二光学透明部分中的每一个的至少一个表面被应用有抗反射涂层。
24.根据权利要求17至23中的任一项所述的气室，其中所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个可移除地安装至所述通道。
25.根据权利要求24所述的气室，其中所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都通过螺纹联接件可移除地安装至所述通道。
26.根据权利要求17至25中的任一项所述的气室用于实施气体样本的吸收光谱法测量的用途。
27.一种吸收光谱法系统，包括：
一个光源，用于产生入射束；
一个气室，具有：
一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；
第一端部件，在所述通道的第一端处被安装至所述通道，所述第一端部件包括第一光学透明部分，所述第一光学透明部分向内定位在所述通道内且被定位以接收来自所述光源的入射束到所述通道内；以及
第二端部件，在所述通道的第二端处被安装至所述通道，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括第二光学透明部分，所述第二光学透明部分向内定位在所述通道内并且被定位以允许光传送进出所述通道；
一个检测器，相对于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一种形态并且将对应于所述入射束的所述形态的数据信号传送至一个吸收光谱分析仪。
28.根据要求27所述的系统，其中所述气室是根据权利要求18至25中的任一项被进一步限定的。
29.一种用于吸收光谱法的气室，所述气室包括：
一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；
第一端部件，安装在所述通道的第一端处，所述第一端部件包括第一光学层和第二光学层，所述第一光学层和第二光学层被定位以接收来自一个光源的入射束到所述通道内；以及
第二端部件，安装在所述通道的第二端处，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括被定位以允许光传送进出所述通道的第一光学层和第二光学层。
30.根据权利要求29所述的气室，其中：
所述第一端部件的第一光学层与所述第一端部件的第二光学层基本平行；以及
所述第二端部件的第一光学层与所述第二端部件的第二光学层基本平行。
31.根据权利要求29所述的气室，其中：
所述第一端部件的第一光学层相对于所述第一端部件的第二光学层以第一光学层倾斜角定位；以及
所述第二端部件的第一光学层相对于所述第二端部件的第二光学层以第二光学层倾斜角定位。
32.根据权利要求31所述的气室，其中：
所述第一光学层倾斜角和所述第二光学层倾斜角中的每一个的值都随着相应的第一光学层和第二光学层之间的间隔尺寸、相应的第一光学层的厚度、相应的第二光学层的厚度和所述入射束的直径中的至少一个而变化。
33.根据权利要求32所述的气室，其中所述第一光学层倾斜角和所述第二光学层倾斜角中的每一个的值都大于0度且小于或等于10度。
34.根据权利要求29至33中的任一项所述的气室，其中所述第一光学层中的每一个和相应的第二光学层之间的间隔是基本真空密封的。
35.根据权利要求29至34中的任一项所述的气室，其中所述第一光学层中的每一个和相应的第二光学层之间的间隔被填充有以低导热率为特征的绝缘材料。
36.根据权利要求35所述的气室，其中所述绝缘材料包括气态材料。
37.根据权利要求36所述的气室，其中所述气态材料包括环境空气。
38.根据权利要求29至37中的任一项所述的气室，其中第一端部件和第二端部件的各自的第一光学层和第二光学层中的每一个的至少一个表面被应用有抗反射涂层。
39.根据权利要求29至38中的任一项所述的气室，其中所述第一端部件和所述第二端部件中的每一个都包括：
一个光学层框架，用于包含相应的第一光学层和第二光学层，所述光学层框架安装至所述通道；以及
一个护套，安装至所述光学层框架。
40.根据权利要求39所述的气室，其中温度变化材料被联接至每一个护套。
41.根据权利要求40所述的气室，其中所述温度变化材料包括缠绕在每一个护套周围的线圈。
42.根据权利要求29至41中的任一项所述的气室用于实施气体样本的吸收光谱法测量的用途。
43.一种吸收光谱法系统，包括：
一个光源，用于产生入射束；
一个气室，具有：
一个通道，所述通道提供从入口到出口的至少一个通路，所述入口接收来自一个气体源的气体样本并且所述出口将所述气体样本从所述气室排出；
第一端部件，安装在所述通道的第一端处，所述第一端部件包括第一光学层和第二光学层，所述第一光学层和第二光学层被定位以接收来自所述光源的所述入射束到所述通道内；以及
第二端部件，安装在所述通道的第二端处，所述第二端与所述第一端基本相对，并且所述第二端部件包括被定位以允许光传送进出所述通道的第一光学层和第二光学层；
一个检测器，相对于所述通道被定位以用于接收所述入射束的一种形态并且将对应于所述入射束的所述形态的数据信号传送至一个吸收光谱分析仪。
44.根据要求43所述的系统，其中所述气室是根据权利要求30至41中的任一项被进一步限定的。
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