一种适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头的制作方法
本发明属于傅里叶变换近红外光谱在线检测，具体涉及一种适配工业液相流程的浸入式在线傅里叶近红外检测探头，主要应用于化工合成、制药发酵、油品加工、水质处理等场景下液体物料组分、浓度、品质的原位连续在线监测。
背景技术：
1、傅里叶变换近红外光谱（ft-nir）依托分子近红外特征吸收实现无试剂、无接触、实时无损检测，是流程工业智能化在线质控的核心分析手段，浸入式透射探头作为光谱仪与工艺流体的光学接口，直接决定在线检测的精度、稳定性与工况适配能力。
2、近红外在线检测装备市场近年保持高速增长，化工、医药、精细加工等行业对连续原位监测需求持续攀升，但国内高端在线近红外浸入探头供给存在明显短板。
3、国内现有近红外探头多集中于低端简易反射式结构，高精度透射浸入探头在精密光程一体加工、全密封氦检漏工艺、耐温耐压光学封装、低杂散光光路结构等关键技术上与hellma进口产品存在明显差距。市面自研产品普遍存在光程公差大、长期浸泡光谱重复性差、卫生死角难清洁、高压工况渗漏等缺陷，无法满足制药 gmp、化工连续合成等高标准在线监测要求。
4、如专利文献cn116448663a公开了一种插入式近红外检测探头，但该探头是一种可伸入堆积物质的固体探头，内部探头杆内斜设有反射镜片，反射镜片使得透过窗片的光进入到光纤进行测量，不具有液体测试和耐高温高压的能力。
5、因此亟需一款结构模块化、可快速维保、适配国产傅里叶近红外光谱仪、兼顾耐蚀耐高温高压与全波段光学性能的自主化在线浸入式近红外检测探头，以解决进口产品成本高、适配性差、维保周期长、供应链受限等行业痛点，推动流程工业在线光谱检测装备国产化替代。
技术实现思路
1、本发明目的在于针对国内现有技术不完善、缺乏在线近红外高温高压液体检测探头的现状，提出一种适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，以实现高温高压液体工况下的原位连续稳定监测。
2、本发明的技术解决方案如下：
3、一种适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，其特点在于，包括同轴依次安装的反射镜组件、长筒组件、光纤插座筒组件和光纤组件；
4、所述反射镜组件设置于所述长筒组件的前端，所述光纤插座筒组件设置于所述长筒组件的后端，所述光纤组件与所述光纤插座筒组件连接；
5、所述反射镜组件包括蓝宝石角锥和用于对所述蓝宝石角锥施加持续轴向推力的弹性压紧组件；所述光纤插座筒组件设有蓝宝石窗片；所述光纤组件的末端设有聚焦镜，所述光纤组件传输的红外光经所述聚焦镜准直为平行光束，该平行光束穿过所述蓝宝石窗片进入待测液体，并经所述蓝宝石角锥平行反射后再次穿过待测液体，回传至所述蓝宝石窗片，被所述聚焦镜汇聚并返回所述光纤组件，以形成双程穿透待测液体的检测光路。
6、进一步，所述光纤插座筒组件包括光纤插座筒、窗片压片、蓝宝石窗片密封圈和窗片压片密封圈；所述光纤插座筒内部设有两个对称设置的通孔，用于供所述光纤组件的末端插入；所述蓝宝石窗片嵌设于所述窗片压片的透光孔内，且所述蓝宝石窗片密封圈套装于所述蓝宝石窗片的外圈；所述窗片压片密封圈套装于所述窗片压片的外圈，所述窗片压片经由所述窗片压片密封圈压装于所述光纤插座筒的前端，以形成高压轴向密封。
7、进一步，所述反射镜组件还包括角锥反射镜座、封盖、角锥密封圈和封盖密封圈；所述弹性压紧组件为压簧；所述角锥密封圈安装于所述角锥反射镜座内圈的密封槽内；所述蓝宝石角锥的前端设有圆形凸台，所述圆形凸台撑开所述角锥密封圈并形成轴向密封；所述压簧设置于所述蓝宝石角锥的尾端与所述封盖之间；所述封盖旋紧于所述角锥反射镜座上，且所述封盖密封圈套装于所述封盖的外圈，所述封盖旋紧时压缩所述压簧并使所述压簧始终保持对所述蓝宝石角锥的弹性推力；通过控制所述角锥反射镜座的台阶高度，能够调整所述蓝宝石角锥的凸台平面与所述蓝宝石窗片之间的间距，以形成不同的测量光程。
8、进一步，所述光纤组件包括光纤座、两根对称设置的金属包覆光纤、两根光纤固定杆和光纤聚焦头；
9、两根所述光纤固定杆对称设置于所述光纤座上，两根所述金属包覆光纤分别穿过并固定于两个所述光纤固定杆中；
10、所述光纤聚焦头设置于所述金属包覆光纤的末端，所述聚焦镜安装于所述光纤聚焦头的内部孔道内，且所述光纤聚焦头内还设有聚焦调整环，所述聚焦调整环用于调节所述金属包覆光纤端面与所述聚焦镜之间的距离，使所述金属包覆光纤的端面位于所述聚焦镜的焦点处。
11、进一步，还包括压紧螺母、转接螺母和金属保护套；所述压紧螺母套设于所述光纤组件的光纤座外部，用于将所述光纤组件的光纤座压紧固定于所述光纤插座筒的尾端；所述转接螺母套设并紧于所述压紧螺母的外侧，构成互锁防松结构；所述金属保护套通过所述转接螺母固定连接于所述光纤插座筒的外围，并罩设于所述光纤组件的光纤接头外部，以保护光纤接头免受磕碰和污染。
12、本发明的工作原理为：红外光经入射光纤传输至对应的光纤聚焦头，经聚焦镜转换为平行光，依次穿透蓝宝石窗片和液体样品层后，垂直入射至蓝宝石角锥的平面。由于蓝宝石角锥的三个反射面互相垂直，根据角锥棱镜的后向反射特性，平行光经三次全内反射后，出射光与入射光保持严格的平行关系（平行度偏差<5″），并沿原光路反向回传，再次穿透液体样品层和蓝宝石窗片，由出射端的光纤聚焦头汇聚至出射光纤端面，传回光谱仪的检测器。红外光共穿透样品两次，总有效光程为所述测量间隙的两倍。该过程完全依赖角锥棱镜的固有力学光学属性，无需任何主动对准或调节操作，从原理上规避了传统反射镜结构因机械震动、温度变形导致的出射光方向偏移问题。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14、1、本发明采用蓝宝石窗片密封圈与窗片压片密封圈构成双重径向密封，配合蓝宝石角锥圆形凸台撑开角锥密封圈内唇形成的轴向胀紧密封结构，实现了流体压力越高、密封效果越佳的自紧式密封机制。
15、2、摒弃了传统斜面反射镜或直角反射镜结构，采用蓝宝石角锥作为反射元件。角锥棱镜的三个反射面互相垂直（二面角精度90°±3″），具有恒久后向反射特性——无论入射光方向存在微小偏差，出射光始终与入射光保持严格的平行关系（平行度偏差<5″）并沿原路返回。这一光学特性从原理上消除了传统探头对反射镜角度极为敏感的固有缺陷，大幅降低了对机械装配精度的依赖，使得现场更换反射镜组件后无需任何光路对准操作，极大提升了工程适用性和维护便捷性。
16、3、长筒组件、反射镜组件、光纤组件和金属保护套四大模块独立装配，任一模块损坏或老化时可单独更换，无需整体报废。可对常温常压到高温高压的液体在线傅里叶红外测量，适用场景广泛；采用可调整的光程方式，在相同结构上，满足了傅里叶红外在线测量液体常用光程的需求。
1.一种适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，其特征在于，包括同轴依次安装的反射镜组件（2）、长筒组件（1）、光纤插座筒组件和光纤组件（3）；
2.根据权利要求1所述的适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，其特征在于，所述光纤插座筒组件包括光纤插座筒（5）、窗片压片（6）、蓝宝石窗片密封圈（8）和窗片压片密封圈（9）；所述光纤插座筒（5）内部设有两个对称设置的通孔，用于供所述光纤组件（3）的末端插入；所述蓝宝石窗片（7）嵌设于所述窗片压片（6）的透光孔内，且所述蓝宝石窗片密封圈（8）套装于所述蓝宝石窗片（7）的外圈；所述窗片压片密封圈（9）套装于所述窗片压片（6）的外圈，所述窗片压片（6）经由所述窗片压片密封圈（9）压装于所述光纤插座筒（5）的前端，以形成高压轴向密封。
3.根据权利要求1所述的适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，其特征在于，所述反射镜组件（2）还包括角锥反射镜座（10）、封盖（12）、角锥密封圈（14）和封盖密封圈（15）；所述弹性压紧组件为压簧（13）；所述角锥密封圈（14）安装于所述角锥反射镜座（10）内圈的密封槽内；所述蓝宝石角锥（11）的前端设有圆形凸台，所述圆形凸台撑开所述角锥密封圈（14）并形成轴向密封；所述压簧（13）设置于所述蓝宝石角锥（11）的尾端与所述封盖（12）之间；所述封盖（12）旋紧于所述角锥反射镜座（10）上，且所述封盖密封圈（15）套装于所述封盖（12）的外圈，所述封盖（12）旋紧时压缩所述压簧（13）并使所述压簧（13）始终保持对所述蓝宝石角锥（11）的弹性推力；通过控制所述角锥反射镜座（10）的台阶高度，能够调整所述蓝宝石角锥（11）的凸台平面与所述蓝宝石窗片（7）之间的间距，以形成不同的测量光程。
4.根据权利要求1所述的适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，其特征在于，所述光纤组件（3）包括光纤座（16）、两根对称设置的金属包覆光纤（17）、两根光纤固定杆（18）和光纤聚焦头（19）；
5.根据权利要求1所述的适用于高温高压环境的在线傅里叶近红外检测探头，其特征在于，还包括压紧螺母（22）、转接螺母（23）和金属保护套（4）；所述压紧螺母（22）套设于所述光纤组件（3）的光纤座外部，用于将所述光纤组件（3）的光纤座压紧固定于所述光纤插座筒（5）的尾端；所述转接螺母（23）套设并紧于所述压紧螺母（22）的外侧，构成互锁防松结构；所述金属保护套（4）通过所述转接螺母（23）固定连接于所述光纤插座筒（5）的外围，并罩设于所述光纤组件（3）的光纤接头外部，以保护光纤接头免受磕碰和污染。