[發(fā)明專利]一種基于紅外吸收光譜的氧化亞氮檢測裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110184032.8
• 申請日: 2011-07-04
• 公開（公告）號: CN102269698A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭守國;李淼;石懷文;曾新華;張建;胡澤林;任玉剛;朱澤德
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 吳娜

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體濃度檢測領(lǐng)域，尤其是一種基于紅外吸收光譜的氧化亞氮檢測裝置。

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背景技術(shù)

近年來，溫室氣體排放帶來的環(huán)境問題日益引起人們的關(guān)注，《京都議定書》指出的六種急需減排的溫室氣體包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫，其中N₂O名列第三。盡管大氣中N₂O的含量很少，約0.3～0.4uL/L，但是N₂O的增溫效應(yīng)極其明顯，約為CO₂的150～200倍，而且N₂O在大氣中極其穩(wěn)定，其平均壽命達(dá)114年，近幾年大氣中的N₂O濃度以每年0.3%的速率增加，所以準(zhǔn)確地檢測與有效地控制N₂O的排放，意義重大。

目前N₂O的主要檢測手段為氣相色譜法，即用氣體作為移動相的色譜法。氣相色譜法檢測的缺點在于：需要氣相色譜儀等大型設(shè)備，成本昂貴；必須要在實驗室進(jìn)行，無法做到現(xiàn)場檢測；檢測過程復(fù)雜，需要由專業(yè)人員操作。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成本較低、便于操作、能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場檢測的基于紅外吸收光譜的氧化亞氮檢測裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于紅外吸收光譜的氧化亞氮檢測裝置，包括紅外激光器，位于紅外激光器發(fā)出紅外激光的一側(cè)設(shè)置內(nèi)部充有待檢測氣體的氣體吸收池，氣體吸收池的另一側(cè)設(shè)置光電探測器，光電探測器的信號輸出端通過放大器與微處理器的信號輸入端相連。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明是根據(jù)N₂O氣體對紅外輻射選擇性吸收的性質(zhì)進(jìn)行的，當(dāng)氣體吸收池內(nèi)的N₂O氣體受到紅外激光器發(fā)出的紅外激光照射時，N₂O氣體選擇性地吸收某些頻率的光子，從而表現(xiàn)為透射光的強度變??；再通過電路系統(tǒng)對輸出激光信號的光電轉(zhuǎn)換、電信號放大，完成對N₂O氣體濃度信號的解析；最后通過微處理器實現(xiàn)檢測信號的相關(guān)處理和數(shù)據(jù)與圖形界面的可視化。本發(fā)明設(shè)備簡單、成本較低，無需氣相色譜儀等大型設(shè)備；操作方便，檢測數(shù)據(jù)結(jié)果可視化，無需專業(yè)人員操作。

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附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理框圖；

圖2是本發(fā)明中氣體吸收池、準(zhǔn)直器和光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。

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具體實施方式

一種基于紅外吸收光譜的氧化亞氮檢測裝置，包括紅外激光器1，所述的紅外激光器1的中心波長為4470nm，位于紅外激光器1發(fā)出紅外激光的一側(cè)設(shè)置內(nèi)部充有待檢測氣體的氣體吸收池2，紅外激光器1發(fā)出的紅外激光傳輸?shù)綒怏w吸收池2內(nèi)，氣體吸收池2的另一側(cè)設(shè)置光電探測器3，所述的光電探測器3采用PIN光電二極管，它具有線性好、靈敏度高、響應(yīng)頻帶寬、響應(yīng)速度快、動態(tài)特性好、性能穩(wěn)定噪聲小以及價格低廉等優(yōu)點。光電探測器3的信號輸出端通過放大器與微處理器4的信號輸入端相連，所述的微處理器4的信號輸出端與液晶顯示屏相連，如圖1所示。

以下結(jié)合圖1作進(jìn)一步的說明。

所述的紅外激光器1的輸入端分別與穩(wěn)流電路和溫度調(diào)節(jié)電路相連，溫度調(diào)節(jié)電路與穩(wěn)流電路保證光源在外界干擾的情況下能夠正常工作，輸出的激光信號強度與中心頻率相對穩(wěn)定。光電探測器3的信號輸出端與光電轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端與前置放大電路的輸入端相連，所述的放大器為鎖相放大器，前置放大電路的輸出端與鎖相放大器的輸入端相連，鎖相放大器的輸出端與微處理器4的信號輸入端相連。調(diào)制電路的輸入端分別與三角波發(fā)生電路和正弦波發(fā)生電路相連，調(diào)制電路的輸出端分別與紅外激光器1和鎖相放大器的輸入端相連，正弦波發(fā)生電路調(diào)制紅外激光器輸出光信號的幅度，通過鎖相放大器實現(xiàn)諧波檢測，三角波發(fā)生電路調(diào)制紅外激光器輸出光信號的頻率，實現(xiàn)激光中心波長的微調(diào)。?

本發(fā)明采用SR830雙通道數(shù)字鎖相放大器，它利用和被測信號有相同頻率和相位關(guān)系的參考信號作為比較基準(zhǔn)，只對被測信號本身和那些與參考信號同頻或者倍頻、同相的噪聲分量有響應(yīng)，因此，能大幅度抑制系統(tǒng)噪聲，提高信號的信噪比。?