[發(fā)明專利]一種氣體測量方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810062052.6
• 申請日: 2008-05-21
• 公開（公告）號: CN101285769A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 顧海濤;黃偉;王健
• 申請（專利權(quán)）人: 聚光科技（杭州）有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣體測量方法及其裝置，它主要用于檢測氣體參數(shù)。

背景技術(shù)

半導體激光吸收光譜分析技術(shù)可以用于分析氣體、液體中化學組分含量的測量，還可以分析氣體溫度和速度等物理參數(shù)，應用越來越廣泛。該技術(shù)是一種高靈敏度氣體分析技術(shù)。該技術(shù)的原理為，特定頻率的半導體激光束穿過被測氣體時，被測氣體對光束能量的吸收導致光強度衰減，可用Beer-Lambert關(guān)系準確表述：

I(v)＝I₀(v)exp[-S(T)φ(v)PXL]

其中I₀(v)和I(v)分別表示頻率為v的激光入射時和經(jīng)過壓力P、濃度X和光程L的氣體后的光強。線強S(T)是溫度T的函數(shù)。線形函數(shù)Φ(v)表征吸收譜線的形狀，與氣體的種類、壓力、溫度等有關(guān)。由Beer-Lambert關(guān)系(上述公式)可知，光強度的衰減與被測氣體含量成正比，因此，該技術(shù)測量氣體濃度時通過測量光強度衰減信息，從而獲得被測氣體的濃度。

實現(xiàn)這種技術(shù)的激光氣體測量裝置一般由光發(fā)射單元、光接收單元和信號分析單元組成，光發(fā)射單元和接收單元安裝在被測氣體的兩側(cè)。激光氣體測量裝置具有測量精度高、響應速度快、不受背景氣體交叉干擾等優(yōu)點。但該測量裝置的發(fā)射單元和接收單元分別在被測氣體的兩側(cè)，安裝、調(diào)試的難度大；而且維護不方便；該裝置的測量光程有限，取決于具體的現(xiàn)場工況，限制了測量精度；該裝置的體積通常也較大，不靈活。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種方法設計先進，光路設計巧妙、合理，測量精度高，光學噪聲較小，運行穩(wěn)定，快速可靠的氣體測量方法。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，還提供一種結(jié)構(gòu)設計合理，測量精度高，信噪比高，部件少，加工裝配簡單，安裝方便，體積小的氣體測量裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種氣體測量方法，其步驟為：

a、一束測量光，入射到并穿過傾斜設置的會聚透鏡，然后穿過被測氣體，射向光反射器件；

b、光反射器件將測量光反射，測量光再次穿過被測氣體，第二次入射到會聚透鏡上；

c、測量光再次穿過會聚透鏡，接收測量光，得到測量信號；

d、分析測量信號，得到氣體的參數(shù)。

本發(fā)明所述的測量光與在其路徑上的光學界面的法線之間的夾角不為零。

本發(fā)明所述的測量光在第一次入射到傾斜設置的會聚透鏡上時，一部分光被會聚透鏡反射，接收反射光，得到參比信號，將所述的測量信號和參比信號進行分析，得到氣體的參數(shù)。

本發(fā)明所述的測量光在第一次入射到傾斜設置的會聚透鏡上時，測量光的中軸線與會聚透鏡的入射面的法線之間的夾角為5°～35°。

本發(fā)明所述的會聚透鏡為平凸透鏡，所述的光反射器件為凹面鏡。平凸透鏡和凹面反射鏡共同起會聚作用，使穿過被測氣體的激光束光斑較小，測量響應速度快。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是一種氣體測量裝置，包括激光器、傳感器、會聚透鏡、光反射器件、支撐裝置和分析單元，支撐裝置由固定腔和測量通道組成，其特點是：會聚透鏡的一側(cè)設置有激光器和傳感器，會聚透鏡的另一側(cè)設置有光反射器件，激光器、傳感器、會聚透鏡設置在固定腔中；會聚透鏡的主光軸與測量通道的縱軸之間互相傾斜。

本發(fā)明所述的激光器發(fā)出的測量光與在其路徑上的光學界面的法線之間的夾角不為零。

本發(fā)明所述的光學界面包括會聚透鏡的前后表面、光反射器件的表面、傳感器的光敏面。

本發(fā)明所述的的固定腔中設置有副傳感器，副傳感器設置在會聚透鏡反射測量光的反射光路上。

本發(fā)明所述的會聚透鏡的主光軸相對測量通道的縱軸夾角為8°～35°。

在本發(fā)明中，基本原則是所有光學器件的光學界面的法線與光束行進方向均成一定的夾角，這樣可以避免由于激光在其表面反射造成的光學噪音。上述光學界面包括透鏡的前后表面，光反射器件的表面，傳感器的光敏面等等。本發(fā)明的一個關(guān)鍵之處在于恰當設置各光學器件相對測量通道縱軸的傾斜角度，以滿足上述基本原則。具體實施中，由于會聚透鏡的表面為曲面，并且激光有一定的發(fā)散角(通常大于10°)等原因，所以反射光線的方向各異，以及還存在多次反射的情況，因此要達到完全避免各個方向上的反射激光到達激光器和傳感器，需要十分恰當?shù)卦O置。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

光路為回返式，測量光程增加一倍，測量精度和測量靈敏度高。