[發(fā)明專利]氣體測量儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280062014.5
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN104220864B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·基利希
• 申請（專利權(quán)）人: 梅特勒-托萊多有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

本發(fā)明涉及在原位以吸收光譜的方式確定氣態(tài)測量介質(zhì)(432)的至少一種化學(xué)和/物理參數(shù)的氣體測量儀，其中所述氣體測量儀包括第一殼體(101、201、301、401、501)；至少一個激光器(102、202、302、402)作為輻射源，其被布置在第一殼體(101、201、301、401、501)中；至少一個過程窗口(114、214、314、414、514)用以將由激光器(102、202、302、402)發(fā)出的輻射耦合輸入測量介質(zhì)(432)；和至少一個檢測器(103、203、303、403)，輻射在與所述測量介質(zhì)(432)相互作用后可以通過該檢測器檢測出來；其特征在于，第一過程窗口(114、214、314、414、514)被構(gòu)造作為無焦點凹凸透鏡，其包括凹形表面和凸形表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有第一過程窗口(Prozessfenster)的氣體測量儀，其用以在原位以吸收光譜的方式確定氣態(tài)測量介質(zhì)的至少一種化學(xué)和/物理參數(shù)。

背景技術(shù)

激光吸收光譜和帶有可調(diào)諧激光的所謂的半導(dǎo)體激光吸收光譜也被稱作可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)，特別適合確定氣態(tài)測量介質(zhì)的至少一種化學(xué)和/物理參數(shù)。

借助于激光吸收光譜可以非常準(zhǔn)確地測定測量環(huán)境中所存在的或測量介質(zhì)中所存在的氣體的濃度或含量。此外還可以測定其他參數(shù)，例如溫度或壓力。

如果使用可調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜(TDLAS)，測量介質(zhì)可通過可調(diào)諧的激光的輻射而被穿透輻射的波長在預(yù)先確定的波長范圍內(nèi)被周期性調(diào)諧，其中由激光穿透的波長范圍優(yōu)選包括有待檢測氣體的一個或幾個吸收光譜帶。被覆蓋的波長范圍通過所使用的激光，特別是半導(dǎo)體激光確定。已知大量的激光和半導(dǎo)體激光。所謂的分布反饋型激光(DFB-激光)可能覆蓋大約700nm至大約3μm之間的波長范圍。所謂的垂直腔面發(fā)射激光(VCSEL-激光)可能覆蓋至2.1μm的波長范圍，QCL-激光(量子級聯(lián)激光)覆蓋的是大約3.5μm以上的以及甚至大約4.3μm以上的波長范圍。

大多數(shù)情況下在透射結(jié)構(gòu)中測量，其中已知在Transflexion-結(jié)構(gòu)中測量。通過測量介質(zhì)靈活地或通過與其相互作用由適當(dāng)?shù)臋z測器(Detektor)檢測到激光或半導(dǎo)體激光發(fā)出的輻射。

可以檢測到的是在所用的波長范圍內(nèi)具有至少一個典型吸收光譜帶或吸收線(Absorptionslinie)的氣體。可以借助于激光吸收光譜檢測到的其他包括氧氣(O₂)、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、氮氣(NOX)、胺類、氨氣(NH₃)、硫化氫(H₂S)、二氧化硫(SO₂)、鹵族氫氣復(fù)合物，例如HCI或HF、氣態(tài)水或由其構(gòu)成的混合物。

特別是激光，尤其例如可在760nm范圍內(nèi)發(fā)射和調(diào)諧的激光適于確定例如氧氣，可在1500m范圍內(nèi)發(fā)射和調(diào)諧的激光適于確定NH₃，因為在這些范圍內(nèi)氧氣和NH₃分別具有很強的吸收光譜帶。

“測量環(huán)境”和“測量介質(zhì)”概念在此指在該范圍內(nèi)可以測量或分析的環(huán)境和介質(zhì)。

美國專利文件US 5,331,409 A公開了一種帶有可調(diào)諧半導(dǎo)體激光的氣體測量儀以及連接在其上的氣體測量結(jié)構(gòu)，有待檢測的氣體被導(dǎo)入到該氣體測量結(jié)構(gòu)中并且該氣體測量結(jié)構(gòu)包括多個氣體測量工位(Gasmesszelle)。所述輻射通過準(zhǔn)直透鏡被引導(dǎo)至具有射束分離器第一氣體測量工位，所述射束分離器通過每個聚焦透鏡將輻射引至另一個測量工位或參照工位(Referenzzelle)分別具有檢測器。但使用這些透鏡會導(dǎo)致出現(xiàn)影響到吸收光譜帶探測工作的干擾。為盡可能抵制這一效果，所述測量工位應(yīng)被設(shè)計地盡可能長。