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為了便于分析處理光學干涉式甲烷探測器使用中出現的問題，有必要了解探測器的光學系統，其光學系統如圖1所示。
圖1
光源1發出的光經過聚光鏡2和狹縫3到達平面鏡4，然后穿過空氣室5和甲烷室6，通過平面鏡的反射和折射產生干涉條紋，然后通過物鏡9穿過折射棱鏡7和反射棱鏡8，最后進入望遠鏡系統10，在分劃板上產生清晰明亮的干涉條紋。
在實際維護和使用中，了解測量儀器的光干涉原理和傳播線，可以對日常工作的開展起到積極有效的作用。
1、光干涉條紋間距變化的產生
測量儀器內部靠近光源處有一個光學元件平面鏡。這種平面鏡通常稱為平行玻璃。平面鏡及其配套底座固定在儀器本體上。光線通過聚光鏡后，以45°的夾角射到平面鏡上。同時，鏡體向后傾斜約55'。利用光的反射和折射原理產生兩束平行光束，達到光干涉的條件。
干涉條紋間距的寬度與平行光束的間距d以及屏幕與狹縫之間的距離L有關。距離L默認不變光的干涉原理，間距d會根據傾斜角度55'的變化而變化。為了使條紋間距寬度滿足要求，平面鏡不得移動。一旦移動，交叉角將變為 45°，傾斜角變為 55'。反射后，光線不能進入氣室或導致干涉條紋消失或干涉條紋寬度改變。當平面鏡體與底座、儀器體之間的傾斜角度遠小于55°時，甲烷氣室受壓，條紋間距變寬，無法讀取。如果傾斜角度遠大于55'光的干涉原理，則條紋間距變窄，壓力與之前相反。合理減小或增大底座與本體的傾斜角度，條紋間距的寬度即可調節。
2. 干涉條紋間距大小的確定
光學干涉甲烷檢測器的干涉條紋寬度應滿足式(1)。
介質：x——甲烷含量； nc——甲烷的折射率； na——空氣的折射率； L——氣室長度，mm； δ——光程差。
每個干涉條紋的具體位置是基于光的波動原理。當光線相互干涉、相互加強時，就會出現明亮的條紋。亮條紋(即光程差)滿足方程(2)。
δ=kλ(2)
式中：k=0,1,2...； λ——可見光的平均波長。
將式(2)代入式(1)可得
即各干涉條紋的具體位置滿足式(3)。
以量程0～10%、氣室長度L=120mm的甲烷計為例。 20℃時貝語網校，可見光的平均波長為0.，甲烷氣體的折射率為1.，空氣的折射率為1.。代入式（1）和（2）可知：當k分別取k=0、1、2……時，如果第一干涉條紋（第一亮條紋）與光學干涉甲烷探測器分劃板上的零刻度線對齊，則第二干涉條紋條紋對應甲烷含量為1.75%的刻度線，第三干涉條紋對應甲烷含量為3.50%的刻度線，第四干涉條紋對應甲烷含量為5.25%的刻度線，第五條干涉條紋對應于甲烷含量為7.00%的刻度線。
調整0～10%范圍內的測量儀器基本誤差時，可參照上述原理，調整第一條干涉條紋，使之與分劃板的零刻度線重合，如第五條干涉條紋和7.00 ％甲烷。若內容刻度線重合，則判定示值誤差合格。
3. 干涉條紋常見問題的處理
通過對測量儀器的光學干涉原理的分析，在調整光路的過程中，如果施加壓力后出現干涉條紋向相反方向移動，則可以確定平面鏡的傾斜角度向前，可以通過調整平面鏡的傾斜角度來解決問題。當干涉條紋傾斜且平面鏡和折射棱鏡放置正確后，調整反射棱鏡或其底座，使返回光平行，恢復干涉條紋。
當分劃板上的圖像不清晰或干涉條紋之間的寬度不符合要求時，調整物鏡的前后位置來改變成像距離L，就可以調整光干涉條紋之間的寬度小范圍內。順光方向移動可以使條紋間距變寬，反之，順光方向移動可以使條紋間距變窄，同時圖像清晰度發生變化。
通過對光學干涉甲烷檢測儀原理的分析，可以幫助我們解決一些有時難以處理但在實際中經常遇到的問題，從而保證檢測儀校準的順利完成。
結尾
本文發表于《中國計量》雜志2019年第12期