一種實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式atr探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠在探頭的側(cè)壁和頂端同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的光纖式衰減全反射(Attenuated Total Reflect1n,以下簡(jiǎn)稱(chēng)ATR)探頭，具體是一種用于光譜分析的，在探頭側(cè)壁和垂直于側(cè)壁的頂端都能進(jìn)行光學(xué)測(cè)量的光纖式ATR探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜分析是一種用于表征材料特性的重要技術(shù)，通過(guò)測(cè)量材料在一段光頻譜內(nèi)的吸收譜或透射譜，可以對(duì)材料特性進(jìn)行定性或定量分析。傳統(tǒng)的光譜分析需要將樣品放入光譜分析儀的樣品室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，限制了應(yīng)用場(chǎng)合。新型的光譜分析可以通過(guò)光纖將信號(hào)光從光譜儀的樣品室中引出，導(dǎo)入到特制的ATR探頭，當(dāng)ATR探頭完成對(duì)樣品的測(cè)量后，信號(hào)光通過(guò)另一條光纖返回光譜儀中的探測(cè)器，得到樣品的頻譜數(shù)據(jù)。
[0003]目前已經(jīng)報(bào)道的光纖式ATR探頭主要采用以下幾種設(shè)計(jì):
[0004]方法1:光信號(hào)從一條光纖發(fā)出，垂直射入一個(gè)直角錐晶體(即晶體的剖面是一個(gè)等腰直角三角型)的底面，然后在晶體內(nèi)部以45度的入射角照射到一個(gè)晶體的側(cè)面，光束在側(cè)面發(fā)生全反射后照射到另一側(cè)的側(cè)面，再次發(fā)生全反射，最后返回到另一條光纖。直角錐晶體側(cè)面上的兩個(gè)全反射點(diǎn)即是該ATR探頭的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)。這種ATR探頭在測(cè)量固體樣品時(shí)，探頭必須與樣品表面呈45度夾角，以保證探頭前端的直角錐晶體上的至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)能夠與樣品接觸。因此，當(dāng)探頭移動(dòng)受限，例如位于直徑較小的管道內(nèi)時(shí)，探頭無(wú)法傾斜也就無(wú)法測(cè)量管道內(nèi)壁或頂端的光譜特性。
[0005]方法2:光信號(hào)從一條光纖發(fā)出，垂直射入梯形錐晶體(即晶體的剖面是一個(gè)等腰梯形)，光信號(hào)從梯形的長(zhǎng)邊垂直入射，然后光束在晶體內(nèi)部依次在晶體的側(cè)壁、頂端(即梯形的短邊)、側(cè)壁發(fā)生三次全反射，隨后光信號(hào)離開(kāi)晶體返回另一條光纖。梯形錐晶體側(cè)面上有兩個(gè)全反射點(diǎn)，頂端有一個(gè)全反射點(diǎn)，這三個(gè)點(diǎn)即是該ATR探頭的測(cè)量點(diǎn)。這種ATR探頭在測(cè)量固體樣品時(shí)，或者將探頭前端的梯形錐晶體的頂端與樣品接觸進(jìn)行測(cè)量，或者將探頭傾斜一定角度(通常為60度)使梯形錐晶體的側(cè)面與樣品接觸進(jìn)行測(cè)量。與方法一的設(shè)計(jì)類(lèi)似，當(dāng)探頭移動(dòng)受限，例如位于直徑較小的管道內(nèi)時(shí)，該探頭可以測(cè)量管道頂端的光譜特性，但無(wú)法傾斜也就無(wú)法測(cè)量管道內(nèi)壁的光譜特性。
[0006]總之，以上的設(shè)計(jì)在探頭移動(dòng)受限的場(chǎng)合，探頭前端晶體上的測(cè)量點(diǎn)無(wú)法與樣品接觸，所以無(wú)法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量。因此，需要一種裝置能夠在探頭移動(dòng)受限的場(chǎng)合，能夠同時(shí)在探頭的側(cè)壁和前端進(jìn)行測(cè)量的光纖式ATR探頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供能夠同時(shí)在側(cè)壁和前端進(jìn)行測(cè)量的光纖式ATR探頭。該探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能穩(wěn)定可靠。
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0009]—種實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭，其特點(diǎn)在于，包括用于耦合光信號(hào)的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡、提供ATR測(cè)量的ATR晶體和殼體；
[0010]所述的ATR晶體是一個(gè)圓柱形晶體，其側(cè)剖面為直角梯形，所述的殼體是具有中心圓形通孔的圓柱體，其前端具有和所述的ATR晶體的梯形斜邊相同的傾角，使ATR晶體的斜邊與殼體前端緊密接觸，并封裝在殼體內(nèi)；
[0011]所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡封裝在殼體內(nèi)部，使光信號(hào)從所述的輸入光纖發(fā)出，經(jīng)所述的輸入透鏡入射到所述的ATR晶體的梯形斜邊，經(jīng)梯形斜邊折射后入射到該ATR晶體的梯形下底邊，經(jīng)梯形下底邊全反射后再入射到該ATR晶體的梯形直角邊，經(jīng)梯形直角邊全反射后再入射到梯形斜邊，經(jīng)該梯形斜邊折射后入射到所述的輸出透鏡，經(jīng)輸出透鏡匯聚后射入所述的輸出光纖。
[0012]所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡與所述的工作頻帶需相匹配。
[0013]所述的殼體的斜邊與ATR晶體的梯形斜邊通過(guò)殼體內(nèi)側(cè)的螺紋或螺絲或膠水等固定。
[0014]所述的殼體是金屬或其他具有較高硬度的材料。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]在諸如管道內(nèi)部等探頭移動(dòng)受限的場(chǎng)合，能夠同時(shí)在探頭的側(cè)壁和前端進(jìn)行測(cè)量；光纖、透鏡和ATR晶體涉及的光路被保護(hù)在殼體或ATR晶體內(nèi)，隔絕了外界灰塵、水汽等對(duì)探頭使用壽命的影響，保證長(zhǎng)期使用的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭的側(cè)剖面示意圖。
[0018]圖中:1_輸入光纖，2-輸出光纖，3-殼體，4-輸入透鏡，5-光束，6-ATR晶體，7-輸出透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭的側(cè)剖面示意圖，如圖所示，光信號(hào)從輸入光纖I中發(fā)出，經(jīng)過(guò)輸入透鏡4變?yōu)闇?zhǔn)直光束，光束照射到ATR晶體6的梯形斜邊后進(jìn)入ATR晶體6，光束5表示了光束在A(yíng)TR晶體內(nèi)部的路徑，分別經(jīng)歷了一次斜邊處的折射、一次梯形下底邊的全反射、一次梯形直角邊的全反射和再一次的梯形斜邊處的折射，光束離開(kāi)ATR晶體后，經(jīng)過(guò)輸出透鏡7的匯聚進(jìn)入輸出光纖2，殼體3前端與ATR晶體6的斜邊固定，輸入光纖1、輸出光纖2、輸入透鏡4和輸出透鏡7在殼體3內(nèi)部。本實(shí)施例中，輸入光纖I和輸出光纖2為工作波長(zhǎng)在5-10微米的中紅外光纖，輸入透鏡4和輸出透鏡7為ZnSe晶體，ATR晶體6為ZnSe晶體，殼體3為不銹鋼材料，輸入光纖1、輸出光纖2、輸入透鏡4、輸出透鏡7和ATR晶體6均通過(guò)膠水與殼體3固定，膠水選用受熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂膠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭，其特征在于，包括用于耦合光信號(hào)的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡、提供ATR測(cè)量的ATR晶體和殼體； 所述的ATR晶體是一個(gè)圓柱形晶體，其側(cè)剖面為直角梯形，所述的殼體是具有中心圓形通孔的圓柱體，其前端具有和所述的ATR晶體的梯形斜邊相同的傾角，使ATR晶體的斜邊與殼體前端緊密接觸，并封裝在殼體內(nèi)； 所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡封裝在殼體內(nèi)部，使光信號(hào)從所述的輸入光纖發(fā)出，經(jīng)所述的輸入透鏡入射到所述的ATR晶體的梯形斜邊，經(jīng)梯形斜邊折射后入射到該ATR晶體的梯形下底邊，經(jīng)梯形下底邊全反射后再入射到該ATR晶體的梯形直角邊，經(jīng)梯形直角邊全反射后再入射到梯形斜邊，經(jīng)該梯形斜邊折射后入射到所述的輸出透鏡，經(jīng)輸出透鏡匯聚后射入所述的輸出光纖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭，其特征在于，所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡與所述的工作頻帶需相匹配。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭，其特征在于，所述的殼體的斜邊與ATR晶體的梯形斜邊通過(guò)殼體內(nèi)側(cè)的螺紋或螺絲或膠水等固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭，其特征在于，所述的殼體是金屬或其他具有較高硬度的材料。
【專(zhuān)利摘要】一種實(shí)現(xiàn)探頭側(cè)壁和頂端同時(shí)測(cè)量的光纖式ATR探頭，包括用于耦合光信號(hào)的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡、提供ATR測(cè)量的ATR晶體和殼體；所述的ATR晶體是一個(gè)圓柱形晶體，其側(cè)剖面為直角梯形，所述的殼體是具有中心圓形通孔的圓柱體，其前端具有和所述的ATR晶體的梯形斜邊相同的傾角，使ATR晶體的斜邊與殼體前端緊密接觸，并封裝在殼體內(nèi)；所述的輸入光纖、輸入透鏡、輸出光纖和輸出透鏡封裝在殼體內(nèi)部。本發(fā)明可以在諸如管道內(nèi)部等探頭移動(dòng)受限的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)探頭的側(cè)壁和前端測(cè)量，且隔絕了外界灰塵、水汽等對(duì)探頭使用壽命的影響，保證長(zhǎng)期使用的可靠性。
【IPC分類(lèi)】G01N21/25
【公開(kāi)號(hào)】CN105424610
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510759532
【發(fā)明人】吳侃, 陳建平
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日