[發明專利]一種TDLAS氣體檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201310741792.3
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103645156A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 梁學軍
• 申請（專利權）人: 北京雪迪龍科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及光學技術領域，特別是涉及一種TDLAS氣體檢測方法及系統。

背景技術

可調諧半導體激光吸收光譜（Tunable?Diode?Laser?Absorption?Spectroscopy，TDLAS）分析方法，是常用的氣體分析方法，主要是利用半導體激光器的可調諧和窄線寬特性，通過選擇待測氣體的某條特定的吸收光譜線進行測量，可排除其他氣體的光譜的干擾，實現待測氣體濃度的快速在線檢測。

TDLAS技術是一種高分辨率的光譜吸收技術，激光穿過被測氣體的光強衰減可用朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律公式（1）表述：

A=lg(1/T)=Kbc???????(1)

其中，A為吸光度，T為透射比，是投射光強度比上入射光強度；c為吸光物質的濃度，b為吸收層厚度，吸光度A與吸光物質的濃度c及吸收層厚度b成正比。公式（1）表明氣體濃度越高，對光的衰減越大。因此，可通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。

TDLAS激光氣體分析過程中，由可調諧半導體激光器光源輸出的激光，經過光纖傳輸至氣室。氣室有一個進氣口和一個排氣口，待測氣體由進氣口輸入，由排氣口排出。激光逆著待測氣體流動的方向射入，接收從氣室出射的激光，分析出射激光的光譜，即可檢測待測氣體的濃度。如圖1所示。

標準氣室水平擺放，與激光入射的方向一致。當靜態標準氣室中裝的是比重不同的混合氣體時，由于地球引力，混合氣體自身密度不同，會出現分層現象，造成無法保證激光光束可以通過所有氣體的吸收層，所以當激光照進標準氣室的時候，激光光束有可能只能照射到一部分氣體的吸收層，導致氣體檢測時出現漏層或者無法檢測到所要檢測的氣體，這樣測量出的氣體濃度值誤差大或者測量結果錯誤。

比如：標準氣室中充有氨氣和氮氣兩種混合氣體。在標準狀況下，氨氣的密度是0.75893g/L,氮氣的密度是1.25g/L，可知，當標準氣室水平擺放時，標準氣室中氨氣會浮在氮氣之上，所以激光很可能只照射到單一氣體，不能反映真實的氨氣和氮氣的濃度比。

一般情況下，在實際測量過程中，氣室的擺放與標定的水平有一定的角度，如圖2所示。所以無法保證激光照射到的氣體層與標定的水平情況下照射到的氣體層一致，這樣測量出來的結果會出現明顯的偏差。如圖2所示，當氣室的擺放與標定的水平有一定角度的偏轉（從L傾斜到L1）時，接觸到氨氣的光程只有DP段,而DP<MN，從而測量的氨氣和氮氣的濃度值誤差大。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種TDLAS氣體檢測方法及系統，激光入射到垂直放置的氣室，再接收從激光的入射面出射的激光進行檢測，減小由于不同比重的氣體在氣室中分層所帶來的檢測的誤差。

一種TDLAS氣體檢測方法，所述方法包括：

半導體激光器出射的線激光入射到傳輸光纖；

傳輸光纖出射的線激光入射到全反射鏡；

全反射鏡將線激光反射后入射到垂直放置的氣室；

入射到氣室的線激光經第一透鏡組反射后從線激光的入射面出射；

分析裝置接收垂直放置的氣室出射的線激光進行檢測。

可選的，所述傳輸光纖出射的線激光入射到全反射鏡后還包括：

全反射鏡將線激光反射后入射到第二透鏡組擴束成帶狀激光；

則全反射鏡將線激光反射后入射到垂直放置的氣室；入射到氣室的線激光經第一透鏡組反射后從線激光的入射面出射；分析裝置接收垂直放置的氣室出射的線激光進行檢測為：

第二透鏡組出射的帶狀激光入射到垂直放置的氣室；

入射到氣室的帶狀激光經第一透鏡組反射后從帶狀激光的入射面出射；

分析裝置接收垂直放置的氣室出射的帶狀激光進行檢測。

可選的，所述全反射鏡將激光反射后入射到第二透鏡組擴束成帶狀激光包括：

全反射鏡將線激光反射后入射到凹透鏡，線激光經所述凹透鏡折射后出射光為發散的線激光；

凹透鏡出射的發散的線激光入射到圓柱透鏡的側面，發散的線激光經所述圓柱透鏡匯聚后出射光為帶狀激光。

可選的，所述入射到氣室的帶狀激光經第一透鏡組反射后從帶狀激光的入射面出射包括：

入射到垂直放置的氣室的帶狀激光經第一透鏡組反射一次后從帶狀激光的入射面出射；

或者，

入射到垂直放置的氣室的帶狀激光經第一透鏡組反射多次后從帶狀激光的入射面出射。

一種TDLAS氣體檢測系統，所述系統包括：

半導體激光器、傳輸光纖、全反射鏡、垂直放置的氣室、第一透鏡組以及分析裝置；