[發(fā)明專利]用于激光吸收光譜技術(shù)的吸收光程延長的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210058360.8
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102590092A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 婁秀濤;瑞小川;張治國
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/39
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于激光吸收光譜技術(shù)的吸收光程延長的裝置及方法，屬于氣體測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光吸收光譜技術(shù)已經(jīng)成為氣體物質(zhì)含量檢測的一種常用的技術(shù)手段，為了實現(xiàn)痕量氣體的檢測，一個常用的直接方法是增加光通過被測氣體的光程長度，從而產(chǎn)生更強的吸收來達(dá)到提高信噪比的目的。目前用于延長吸收光程的方法主要包括多通池多次反射法、高反射腔增強法、積分球漫反射法等。這些方法盡管可以獲得幾十倍至幾萬倍的吸收光程放大倍數(shù)，但是基于這些方法的氣體容器體積大，不利于測量系統(tǒng)的小型化，同時降低了氣體的更換速度，最終導(dǎo)致整個系統(tǒng)的檢測響應(yīng)速度慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的激光吸收光譜技術(shù)吸收光程延長方法所導(dǎo)致的氣體容器體積大、檢測響應(yīng)速度慢的問題，提供了一種用于激光吸收光譜技術(shù)的吸收光程延長的裝置及方法。

本發(fā)明所述用于激光吸收光譜技術(shù)的吸收光程延長的裝置，它包括氣體池、多孔材料芯、探測器、一維平移臺和放大器，氣體池內(nèi)設(shè)置有多孔材料芯，激光光束入射至氣體池，該激光光束穿過多孔材料芯后入射至探測器的光敏面，探測器由一維平移臺帶動沿探測器的光敏面所在平面做一維移動，探測器將探測到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過放大器放大后輸出。

基于上述裝置的吸收光程延長方法為：在一維平移臺帶著探測器移動的方向上建立一維坐標(biāo)系，該一維坐標(biāo)系的原點為探測器初始位置，初始位置點的坐標(biāo)X₀＝0，驅(qū)動一維平移臺帶著探測器自初始位置點開始移動了n個位置點，每個位置點的坐標(biāo)為X_i，i＝0，1，2，...，n，n為自然數(shù)，且n＝7～20，

測量探測器在第i個位置對應(yīng)的吸收光程為L_eff(X_i)，根據(jù)n個位置點及其對應(yīng)吸收光程，通過二次多項式擬合獲得吸收光程L_eff(X_i)與探測器位置坐標(biāo)x的關(guān)系式f(x)＝L_eff(x)，

進(jìn)而通過調(diào)整探測器的位置來達(dá)到預(yù)期的吸收光程。

在實際應(yīng)用中通過調(diào)整探測器的位置來調(diào)整有效吸收光程的大小，實施方法為根據(jù)f(x)＝L_eff(x)獲得的多項式，得到其反函數(shù)x(L_eff)，將所需要得到的有效吸收光程L_eff＝L_n代入此反函數(shù)中即可獲得探測器所對應(yīng)的坐標(biāo)位置x(L_n)，通過調(diào)節(jié)一維平移臺來將探測器移到此位置點即可獲得預(yù)期的有效吸收光程。

本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明在采用小體積氣體池的情況下仍然可以獲得較大的吸收光程放大倍數(shù)，也就是在保證吸收光譜測量系統(tǒng)小型化的前提下顯著提高測量結(jié)果的信噪比，從而提高氣體檢測的靈敏度。此外，可以在不對氣體池本身做任何變動的情況下，通過移動探測器的位置來調(diào)節(jié)吸收光程的放大倍數(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述用于激光吸收光譜技術(shù)的吸收光程延長的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是多孔材料芯的形狀為長方體時，該長方體的激光光束入射面的主視圖；

圖3是圖2的側(cè)視圖；

圖4是多孔材料芯的形狀為圓柱體時，該圓柱體的激光光束入射面的主視圖；

圖5是圖4的側(cè)視圖；

圖6是激光光束入射至多孔材料芯表面入射角度示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述用于激光吸收光譜技術(shù)的吸收光程延長的裝置，它包括氣體池1、多孔材料芯2、探測器3、一維平移臺4和放大器5，氣體池1內(nèi)設(shè)置有多孔材料芯2，激光光束入射至氣體池1，該激光光束穿過多孔材料芯2后入射至探測器3的光敏面，探測器3由一維平移臺4帶動沿探測器3的光敏面所在平面做一維移動，探測器3將探測到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過放大器5放大后輸出。

具體實施方式二：本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，多孔材料芯2的組成物質(zhì)為氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦中的一種或幾種，材料孔隙率大于30％，材料孔平均直徑小于10μm。

具體實施方式三：下面結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，多孔材料芯2的形狀為長方體，該長方體的激光光束入射面的長度為a，寬度為b；垂直于激光光束入射面的長方體的厚度為d，且滿足a≥b＞3d。