一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱的制作方法

1.本实用新型涉及光腔衰荡光谱技术领域，尤其在涉及一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱。


背景技术：

2.光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy，crds)技术，也被称作激光光腔衰荡吸收光谱(cavity ring-down laser absorption spectroscopy，crlas)技术，是一种非常灵敏的光谱学方法，它可用来探测气态样品的绝对的光学消光，包括光的散射和吸收。目前已经被广泛地应用于探测气态样品在特定波长的吸收，并可以在万亿分率的水平上确定样品的摩尔分数。
3.光腔衰荡光谱装置对环境温度要求是非常高的，温度的微小变化都会影响谐振腔及腔室内气体的稳定，导致所测得的光谱数据出现偏差，所以需要使谐振腔处在一个很稳定且恒温的环境中。同时由于谐振腔的反射镜需要非常高的洁净度，所以为了防止待测气体中的水汽凝结，一般需将腔室温度控制在高于周围环境温度的水平上。
4.现有技术中，多采用发热和制冷元件对谐振腔进行控温，但是由于发热和制冷元件直接与谐振腔相连，会造成腔体温度不均；另外也有采用将谐振腔置于一个箱体中并在箱体内通入恒温介质进行控温的方式，但是箱内的恒温介质循环状况差，箱内温度也会受到外部环境温度的影响，不可避免的还是会对谐振腔温度产生较小的影响，进而影响所测得的光谱数据的准确性。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，采用热绝缘性良好的材料制成，避免了外界环境温度对内箱体内部及谐振腔温度的影响；内箱体经过设定形状的设计，采用tec空调器使循环介质在内箱体内循环流动，避免了空调器直接与光腔衰荡光谱装置中的谐振腔相连，循环介质顺着设定形状的内箱体流动，使循环介质的循环流动均匀，内部通过循环介质保持恒温，避免了谐振腔腔体温度不均的问题，提高了所测得的光谱数据的准确性。
6.本实用新型采用的技术方案是：一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，包括内箱体和tec空调器，所述内箱体由空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板围构而成，所述空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板面向所述内箱体内的一侧均粘贴有保温材料板。
7.所述空调板和所述折流板相对设置，且所述空调板的长度小于所述折流板的长度，所述引流板和导流板均设置有两个，两个所述导流板对称连接于所述空调板的两端，并向靠近所述折流板的方向延伸，且所述导流板与空调板的连接角度均呈钝角，两个所述引流板对称连接于所述折流板的两端，且所述引流板与折流板的连接角度均呈直角，所述引流板的另一端均与同侧的导流板另一端相连接，所述顶板覆盖于所述空调板、导流板、引流
板和折流板的上侧，所述底板覆盖于所述空调板、导流板、引流板和折流板的下侧，且所述空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板围构成的内箱体内部是密闭的腔室。所以，这个腔室具有保温隔热的作用。
8.所述tec空调器安装于所述空调板上，所述空调板的中部开设有通孔，所述tec空调器包括半导体制冷器、散热片和涵道风扇，所述半导体制冷器嵌装于所述通孔内，所述半导体制冷器具有冷端和热端，所述半导体制冷器的热端位于所述内箱体内部，所述半导体制冷器的冷端位于所述内箱体外部，所述散热片的一侧与所述半导体制冷器的热端相连，另一侧与所述涵道风扇固定连接，所述散热片和涵道风扇均位于所述内箱体内，tec空调器的其它部分均位于内箱体外。所述散热片与所述空调板的内壁固定连接，所述涵道风扇的进风端口垂直朝向所述半导体制冷器，所述涵道风扇的出风端口垂直朝向所述折流板。
9.所述光腔衰荡光谱装置安装于所述内箱体内的底板上，并与所述空调板、导流板、引流板和折流板之间设置有间隙。
10.通过空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板围构成密闭的内箱体，通过保温材料板增加所述内箱体的保温隔热功能，并通过设置tec空调器使内箱体内部保持恒温，保温材料板具有良好的热绝缘性，将内箱体内的恒温腔室与外部环境隔开，可避免外部环境对腔室内的温度造成影响，为光腔衰荡光谱装置提供一个温度恒定的环境，避免了温度变化对谐振腔温度的影响，提高了光腔衰荡光谱装置所测数据的准确性。
11.通过内箱体的形状设计，配合涵道风扇的进风端口和出风端口的位置和朝向，有利于内箱体内气流快速循环流动，使恒温气流能够快速均匀地循环于整个恒温腔室，并使恒温腔室的温度最大限度的保持平衡稳定。
12.涵道风扇出风端口的气流向折流板所在的方向吹出，折流板引导气流从其中间向两端方向分流，分流后的气流分别向两侧的引流板方向流动，在折流板与引流板的直角连接处，气流会向恒温腔室内侧以一定的偏转角度进行转折流动，并引导气流沿引流板的方向快速流向导流板，在引流板与导流板的钝角连接处，气流会进一步向恒温腔室内侧的方向偏转并进行转折流动，引导气流沿导流板的方向快速流向空调板，此时气流本身已具有一定的旋向，所以在导流板与空调板的钝角连接位置，气流方向更容易快速转折，并引导气流沿空调板的端部向其中间、散热片所在的位置快速流动，气流进入散热片后再次携带上散热片所导出的热量，然后再次通过涵道风扇排出，如此进行循环。因此，本实用新型中，内箱体的形状设计，更有利于其内部气流形成快速循环，且恒温气流能够循环流动于整个恒温腔室，使整个恒温腔室的空间温度最大限度的保持平衡稳定。
13.作为对上述技术方案的进一步限定，所述折流板与空调板的长度比值为2.5-3，所述折流板与引流板的长度比值为4-5。所述光腔衰荡光谱装置包括光纤激光器、光纤准直器、谐振腔和激光探测器等，光腔衰荡光谱装置中的这些结构是现有技术中公开的内容，并且也是普通光腔衰荡光谱装置中较为常规的组成部分，所以，此处就不再对其具体的连接结构进行详细介绍。所述谐振腔的长度方向与所述折流板平行设置，所述谐振腔的中部与所述涵道风扇的出风端口中心位置对齐，所述谐振腔的轴线与两端所述引流板的中部对齐。
14.上述技术方案中，内箱体可将光腔衰荡光谱装置中的光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、激光探测器等部件全部容纳于其中，由于谐振腔所连接的部分元器件本身也存在发
热、吸热现象，这样不仅使谐振腔处于恒温环境中，也使有可能影响谐振腔温度的其它部件也处于恒温环境中，在恒温气流循环流动的影响下，能够最大限度的减少了其它部件自身的吸热、发热情况对谐振腔温度的影响，也就能进一步提高了所测得的光谱数据的准确性。将涵道风扇设置于密闭腔室中间部位，可使出风端口输出的热风在撞上折流板后，再经过折流板、引流板、导流板和空调板的方向引导，就形成了以折流板中线对称的两部分涡流，使密闭腔室内的气流循环更加均匀，整体温度更加平稳恒定。
15.作为对上述技术方案的进一步限定，所述导流板与空调板之间的钝角角度为150
°‑
170
°
。
16.当导流板与空调板之间的钝角角度为150
°‑
170
°
时，导流板与引流板之间的钝角角度为100
°‑
120
°
，这样的角度更便于恒温气流在恒温腔室流动过程中发生偏转，更利于提高恒温气体在腔室中形成快速循环，并且不容易出现循环死角，使腔室中各个位置的温度更加均匀。
17.作为对上述技术方案的进一步限定，所述tec空调器与所述空调板的通孔的连接处设置有密封圈。
18.作为对上述技术方案的进一步限定，所述tec空调器电连有tec空调驱动控制器，tec空调驱动控制器电连接有温度传感器一和温度传感器二，所述温度传感器一安装于所述光腔衰荡光谱装置的谐振腔体上，所述温度传感器二安装于所述散热片上。
19.tec是半导体致冷器的英文缩写，全称为thermo electric cooler，tec空调器采用半导体制冷，温控精确，变温响应快，适用于对温度较敏感的设备，或者蓄电池舱，尤其适用于本装置。tec空调驱动控制器向tec空调器输出电力功率，即变化的电流，从而控制tec空调器的升温或降温动作。tec空调器、tec空调驱动控制器和温度传感器的设置，整体实现了使内箱体内温度最大限度的保持恒定。tec空调器可选用的型号有s1-aa-0100-d024-30，tec空调驱动控制器采用pid自整定方式运行，温控精度高，控制方式为可编程控制，可在其上位机上方便地设置各参数和各个监控量，具有高可靠性和稳定性，通常能够在平均长达5000h的时间内无故障运行，进一步保障了光腔衰荡光谱装置能够测得更加准确的数据。
20.作为对上述技术方案的进一步限定，所述温度传感器一和温度传感器二均采用pt100热电阻温度传感器。
21.作为对上述技术方案的进一步限定，所述内箱体外部还罩设有外箱体，所述内箱体、tec空调器和tec空调驱动控制器均位于所述外箱体内部，所述外箱体内还安装有用于保障所述光腔衰荡光谱装置、所述tec空调器及所述tec空调驱动控制器运行的控制调节设备，所述tec空调驱动控制器和所述控制调节设备均位于所述内箱体外部。所述控制调节设备包括主板、电源、质量流量控制器、激光器温控器、压电陶瓷驱动器和接口板等，其中主板用于对外箱体内的各个设备进行统一控制，电源用于为外箱体内的各个设备提供电能，质量流量控制器用于对待测气体的流量进行精确定量控制，激光器温控器用于对光纤激光器内部工作温度进行精确控制，压电陶瓷驱动器用于驱动安装于谐振腔端部的压电陶瓷动作，从而对谐振腔内的光程长度进行周期变化的调节，接口板用于提供外箱体内部各个设备与外部相连通的连接接口。设置于内箱体外的这些设备工作时皆为放热设备，将其放置于内箱体外，可避免其自身散热对内箱体内部的恒温环境及光腔衰荡光谱装置温度的影响。
22.上述技术方案中，内箱体既可以与所述外箱体的内壁间隔设置，也可以贴合于所述外箱体的某一侧侧壁设置，外箱体的设置，使内箱体内的恒温腔室与外部环境进一步隔绝，进一步提高了光腔衰荡光谱装置所测数据的准确性；为保持内箱体内的恒温环境所需的温控元件(如发热和制冷元件、探测器等设备)，均安装于所述外箱体内，与所述内箱体一起组成一个整体的设备。
23.作为对上述技术方案的进一步限定，所述保温材料板的材质选用聚苯保温材料，所述保温材料板的厚度不低于20mm。
24.作为对上述技术方案的进一步限定，所述内箱体内密闭的腔室的环境温度稳定在40
±
0.01℃。
25.采用上述技术，本实用新型的优点在于：通过设置密闭的内箱体盛放光腔衰荡光谱装置，为光腔衰荡光谱装置提供了一个温度恒定的环境，解决了发热和制冷元件直接与谐振腔相连，造成腔体温度不均的问题；该密闭的内箱体具有良好的热绝缘性，避免外界环境温度对内箱体内的谐振腔温度的影响；另外，容器经过特定形状的设计，其内部气流更容易快速均匀的循环流动，使谐振腔温度更加稳定，提高所测得的光谱数据的准确性。
附图说明
26.图1为本实用新型的内部整体结构示意图一；
27.图2为本实用新型的内部整体结构示意图二；
28.图中：101-空调板；102-导流板；103-引流板；104-折流板；201-光纤激光器；202-光纤准直器；203-谐振腔；204-激光探测器；3-保温材料板；4-tec空调器；401-散热片；402-涵道风扇；5-tec空调驱动控制器；6-温度传感器一；7-温度传感器二；8-外箱体；9-主板；10-电源；11-质量流量控制器；12-压电陶瓷驱动器；13-接口板。
具体实施方式
29.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
30.如图1所示，该用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，包括内箱体和tec空调器4，内箱体由空调板101、导流板102、引流板103、折流板104、顶板和底板围构而成，空调板101、导流板102、引流板103、折流板104、顶板和底板面向内箱体内的一侧均粘贴有保温材料板3，保温材料板3的材质选用聚苯保温材料，所述保温材料板的厚度不低于20mm，保温材料板增加内箱体的保温隔热功能。
31.其中，空调板101和折流板104相对设置，且空调板101的长度小于折流板104的长度。相对设置是指空调板101和折流板104在长度方向上平行设置，两者在厚度方向上间隔设置，且两者板面的垂直平分面相互重合。引流板103和导流板102均设置有两个，两个导流板102对称连接于空调板101的两端，并向靠近折流板104的方向延伸，且导流板102与空调板101的连接角度均呈钝角。两个引流板103对称连接于折流板104的两端，且引流板103与折流板104的连接角度均呈直角，引流板103的另一端均与同侧的导流板102另一端相连接。顶板覆盖于空调板101、导流板102、引流板103和折流板104的上侧，底板覆盖于空调板101、导流板102、引流板103和折流板104的下侧，且空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板围构成的内箱体内部是密闭的腔室。密闭的腔室的环境温度稳定在40
±
0.01℃，为安装于
其内部的光腔衰荡光谱装置提供一个稳定的恒温空间。
32.光腔衰荡光谱装置安装于内箱体内的底板上，并与空调板101、导流板102、引流板103和折流板104之间设置有间隙。光腔衰荡光谱装置包括光纤激光器201、光纤准直器202、谐振腔203和激光探测器204等，且谐振腔203的长度方向与折流板104平行设置，谐振腔203的轴线与两端引流板103的中部对齐。光腔衰荡光谱装置包括光纤激光器201、光纤准直器202、谐振腔203和激光探测器204等结构是现有技术中公开的内容，并且光纤激光器201、光纤准直器202、谐振腔203和激光探测器204也是普通光腔衰荡光谱装置中较为常规的组成部分，所以，此处就不再对其具体的连接结构进行详细介绍。
33.本实施例中，折流板104与空调板101的长度比值为2.5-3；折流板104与引流板103的长度比值为4-5；导流板102与空调板101之间的钝角角度为150
°‑
170
°
。参照上述尺寸比例及角度制造而成的内箱体，其内部空间的气流循环流动效果最佳。
34.tec空调器4安装于空调板101上，空调板101的中部开设有通孔，tec空调器4包括半导体制冷器、散热片401和涵道风扇402等，半导体制冷器嵌装于通孔内，半导体制冷器具有热端和冷端，其热端位于内箱体内部，其冷端位于内箱体外部，散热片401的一侧与半导体制冷器的热端相连，另一侧与涵道风扇402固定连接。散热片401和涵道风扇402均位于内箱体内，tec空调器4的其它部分均位于内箱体外。散热片401与空调板101的内壁固定连接，涵道风扇402的进风端口垂直朝向半导体制冷器，涵道风扇402的出风端口垂直朝向折流板104，谐振腔203的中部与涵道风扇402的出风端口中心位置对齐。
35.本实施例中，tec空调器4与空调板101的通孔的连接处设置有密封圈，提高内箱体内部腔室的密闭性。
36.本实施例中，tec空调器4电连有tec空调驱动控制器5，tec空调驱动控制器5位于内箱体外部，tec空调驱动控制器5电连接有温度传感器一6和温度传感器二7，温度传感器一6安装于光腔衰荡光谱装置上，温度传感器二7安装于散热片401上。具体的，温度传感器一6和温度传感器二7均采用pt100热电阻温度传感器。
37.本实施例中，内箱体外部还罩设有外箱体8，内箱体、tec空调器4和tec空调驱动控制器5均位于外箱体8内部，外箱体8内还安装有用于保障光腔衰荡光谱装置、tec空调器4及tec空调驱动控制器5运行的控制调节设备，控制调节设备位于内箱体外部。控制调节设备包括主板9、电源10、质量流量控制器11、激光器温控器、压电陶瓷驱动器12和接口板13等，其中主板9用于对外箱体8内的各个设备进行统一控制，电源10用于为外箱体8内的各个设备提供电能，质量流量控制器11用于对待测气体的流量进行精确定量控制，激光器温控器用于对光纤激光器201内部工作温度进行精确控制，压电陶瓷驱动器12用于驱动安装于谐振腔203端部的压电陶瓷动作，从而对谐振腔203内的光程长度进行周期变化的调节，接口板13用于提供外箱体8内部各个设备与外部相连通的连接接口。设置于内箱体外的这些设备工作时皆为放热设备，将其放置于内箱体外，可避免其自身散热对内箱体内部的恒温环境及光腔衰荡光谱装置温度的影响。
38.工作原理：本实用新型在使用时，通过空调板101、导流板102、引流板103、折流板104、顶板和底板围构成密闭内箱体，通过保温材料板3增加内箱体的保温隔热功能，保温材料板3具有良好的热绝缘性，将内箱体内的恒温腔室与外部环境隔开，可避免外部环境对腔室内的温度造成影响。通过设置tec空调器4使内箱体内部保持恒温，为光腔衰荡光谱装置
提供一个温度恒定的环境，避免了温度变化对谐振腔203温度的影响，提高了光腔衰荡光谱装置所测数据的准确性。
39.通过内箱体的形状设计，配合涵道风扇402的进风端口和出风端口的位置和朝向，有利于内箱体内气流快速循环流动，使恒温气流能够快速均匀地循环于整个恒温腔室，并使恒温腔室的温度最大限度的保持平衡稳定。
40.以上所述仅为本实用新型较佳实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：包括内箱体和tec空调器(4)，所述内箱体由空调板(101)、导流板(102)、引流板(103)、折流板(104)、顶板和底板围构而成，所述空调板(101)、导流板(102)、引流板(103)、折流板(104)、顶板和底板面向所述内箱体内的一侧均粘贴有保温材料板(3)；所述空调板(101)和所述折流板(104)相对设置，且所述空调板(101)的长度小于所述折流板(104)的长度，所述引流板(103)和导流板(102)均设置有两个，两个所述导流板(102)对称连接于所述空调板(101)的两端，并向靠近所述折流板(104)的方向延伸，且所述导流板(102)与空调板(101)的连接角度均呈钝角，两个所述引流板(103)对称连接于所述折流板(104)的两端，且所述引流板(103)与折流板(104)的连接角度均呈直角，所述引流板(103)的另一端均与同侧的导流板(102)另一端相连接，所述顶板覆盖于所述空调板(101)、导流板(102)、引流板(103)和折流板(104)的上侧，所述底板覆盖于所述空调板(101)、导流板(102)、引流板(103)和折流板(104)的下侧；所述tec空调器(4)安装于所述空调板(101)上，所述空调板(101)的中部开设有通孔，所述tec空调器(4)包括半导体制冷器、散热片(401)和涵道风扇(402)，所述半导体制冷器嵌装于所述通孔内，所述散热片(401)的一侧与所述半导体制冷器的热端相连，另一侧与所述涵道风扇(402)固定连接，所述散热片(401)和涵道风扇(402)均位于所述内箱体内，且所述散热片(401)与所述空调板(101)的内壁固定连接，所述涵道风扇(402)的进风端口垂直朝向所述半导体制冷器，所述涵道风扇(402)的出风端口垂直朝向所述折流板(104)；所述光腔衰荡光谱装置安装于所述内箱体内的底板上，并与所述空调板(101)、导流板(102)、引流板(103)和折流板(104)之间设置有间隙。2.根据权利要求1所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述折流板(104)与空调板(101)的长度比值为2.5-3，所述折流板(104)与引流板(103)的长度比值为4-5，所述光腔衰荡光谱装置包括光纤激光器(201)、光纤准直器(202)、谐振腔(203)和激光探测器(204)，且所述谐振腔(203)的长度方向与所述折流板(104)平行设置，所述谐振腔(203)的中部与所述涵道风扇(402)的出风端口中心位置对齐。3.根据权利要求2所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述导流板(102)与空调板(101)之间的钝角角度为150
°‑
170
°
。4.根据权利要求1所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述tec空调器(4)与所述空调板(101)的通孔的连接处设置有密封圈。5.根据权利要求4所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述tec空调器(4)电连有tec空调驱动控制器(5)，tec空调驱动控制器(5)电连接有温度传感器一(6)和温度传感器二(7)，所述温度传感器一(6)安装于所述光腔衰荡光谱装置上，所述温度传感器二(7)安装于所述散热片(401)上。6.根据权利要求5所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述温度传感器一(6)和温度传感器二(7)均采用pt100热电阻温度传感器。7.根据权利要求5所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述内箱体外部还罩设有外箱体(8)，所述内箱体、tec空调器(4)和tec空调驱动控制器(5)均位于所述外箱体(8)内部，所述外箱体(8)内还安装有用于保障所述光腔衰荡光谱装置、所述tec空调器(4)及所述tec空调驱动控制器(5)运行的控制调节设备，所述tec空调驱动控制器(5)
和所述控制调节设备均位于所述内箱体外部。8.根据权利要求1-3中任一所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述保温材料板(3)的材质选用聚苯保温材料，所述保温材料板(3)的厚度不低于20mm。9.根据权利要求1-3中任一所述的一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，其特征在于：所述内箱体内密闭的腔室的环境温度稳定在40
±
0.01℃。

技术总结
本实用新型涉及一种用于光腔衰荡光谱装置的温控箱，包括内箱体和TEC空调器，内箱体由空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板围构而成，且内部呈密闭的腔室，空调板、导流板、引流板、折流板、顶板和底板面向内箱体内的一侧均粘贴有保温材料板。光腔衰荡光谱装置安装于内箱体内的底板上，并与空调板、导流板、引流板和折流板之间设置有间隙，可避免外部环境对腔室内温度造成影响，提高光腔衰荡光谱装置所测数据的准确性。TEC空调器贯穿安装于空调板中部，其半导体制冷器热端相连的散热片和涵道风扇均位于内箱体内，使恒温气流能够在内箱体内快速循环流动，均匀地循环于恒温腔室，使恒温腔室的温度最大限度的保持平衡稳定。温腔室的温度最大限度的保持平衡稳定。温腔室的温度最大限度的保持平衡稳定。


技术研发人员：罗巍然 马艳霞 武利伟
受保护的技术使用者：河北子曰机械设备有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/9/16