[發(fā)明專利]一種紅外光譜雙路測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410794543.5
• 申請(qǐng)日: 2014-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104458638A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李虹杰;任利兵;張潔;李愷驊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢宇虹環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504;G01N21/01
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光譜測(cè)量裝置及方法，屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外光譜雙路測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

在大氣污染氣體的監(jiān)測(cè)中，可根據(jù)物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的吸收特性，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析。傳統(tǒng)的單光束測(cè)量裝置如附圖1所示，其光譜測(cè)量結(jié)果受光源穩(wěn)定性影響較大，必須等光源穩(wěn)定之后才可以測(cè)量，從開(kāi)機(jī)到正式測(cè)量至少要等半小時(shí)，因此，不具備開(kāi)機(jī)即檢測(cè)能力；當(dāng)測(cè)量過(guò)程中，若需要再次測(cè)量背景時(shí)，則必須中斷當(dāng)前的樣品測(cè)量，需要人為參與，無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化。

為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在一些雙光束測(cè)量裝置。如附圖2和附圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的雙光束測(cè)量裝置主要有“雙吸收池單檢測(cè)器”以及“雙吸收池雙檢測(cè)器”兩種結(jié)構(gòu)。一方面由于吸收池造價(jià)高昂，使用雙吸收池會(huì)增加儀器設(shè)備的成本；另一方面，由于檢測(cè)器參數(shù)很難嚴(yán)格匹配，受溫漂，噪聲等影響，雙檢測(cè)器很難保證長(zhǎng)期測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和一致性。

基于這一現(xiàn)狀，申請(qǐng)人發(fā)明了一種紅外光譜雙路測(cè)量裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的“使用雙吸收池會(huì)增加儀器設(shè)備成本”的問(wèn)題以及“使用雙檢測(cè)器難以保證長(zhǎng)期測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和一致性”的問(wèn)題，提供了一種紅外光譜雙路測(cè)量裝置及方法，該裝置及方法采用“單檢測(cè)器單吸收池”結(jié)構(gòu)，降低了儀器成本，通過(guò)轉(zhuǎn)鏡式機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列上的背景和樣品測(cè)量，通過(guò)算法補(bǔ)償采用單吸收池帶來(lái)的光強(qiáng)衰減，保證測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定可靠，并實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)即監(jiān)測(cè)能力，適用于應(yīng)急環(huán)境下的監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：

一種紅外光譜雙路測(cè)量裝置，包括：光路選擇器，位于光路選擇器下方的第一反射鏡，位于光路選擇器前方的第二反射鏡，位于第二反射鏡下方的能夠反射和透射光線的分光器，位于第二反射鏡和分光器中間的用于充入氣體的氣室，位于分光器前方的聚光鏡，位于聚光鏡光線聚焦方向上的紅外線探測(cè)儀，其中：光路選擇器包括能夠透射光線的光路透射部分和能夠反射光線的光路反射部分，并且光路選擇器能夠旋轉(zhuǎn)從而交換光路透射部分和光路反射部分的位置。

優(yōu)化的，上述的一種紅外光譜測(cè)量裝置，光路選擇器的光路透射部分和光路反射部分相對(duì)于光路選擇器的中心呈對(duì)稱分布。

一種利用上述紅外光譜雙路測(cè)量裝置進(jìn)行紅外光譜測(cè)量的方法，包括以下步驟：

反射模式測(cè)量步驟，將待測(cè)樣氣充入氣室，旋轉(zhuǎn)光路選擇器使光路選擇器的光路反射部分位于光線入射光路，利用光路反射部分、第二反射鏡、分光器、聚光鏡組成的光路將光線引至紅外線探測(cè)儀，計(jì)算反射光穿過(guò)氣室后的單光束反射光強(qiáng)度S1；

透射模式測(cè)量步驟，旋轉(zhuǎn)光路選擇器使光路選擇器的光路透射部分位于光線入射光路，利用光路透射部分、第一反射鏡、分光器、聚光鏡組成的光路將光線引至紅外線探測(cè)儀，計(jì)算單光束透射光強(qiáng)度S2；

樣氣濃度計(jì)算步驟，利用測(cè)量得到的S1和S2計(jì)算待測(cè)樣氣濃度。

優(yōu)化的，上述的一種紅外光譜測(cè)量的方法，所述樣氣濃度測(cè)量步驟包括：

透過(guò)率計(jì)算子步驟，基于公式T＝S1/S2計(jì)算得到光譜透過(guò)率T，式中，T為光譜透過(guò)率，S2為所述單光束透射光強(qiáng)度，S1為所述的單光束反射光強(qiáng)度；吸光度計(jì)算子步驟，基于公式A＝-log(T)+log10(α)計(jì)算得到光譜吸光度A，式中，α為通過(guò)吸收池時(shí)的光強(qiáng)衰減系數(shù)；濃度值計(jì)算子步驟，根據(jù)光譜吸光度A值和比爾定律計(jì)算出待測(cè)樣氣的濃度值。

優(yōu)化的，上述的一種紅外光譜測(cè)量的方法，所述光強(qiáng)衰減系數(shù)α基于以下方法得到：在透射模式下測(cè)量光譜強(qiáng)度S2后，再在透射光路中引入一個(gè)空的吸收池，測(cè)量光穿過(guò)該吸收池的強(qiáng)度S0，然后基于公式α＝S0/S2得到。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)備成本更低，采用單吸收池結(jié)構(gòu)，降低了儀器成本；2.測(cè)量結(jié)果更可靠，采用單檢測(cè)器，單吸收池結(jié)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)鏡式機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列上的背景和樣品測(cè)量，通過(guò)算法補(bǔ)償采用單吸收池帶來(lái)的光強(qiáng)衰減，保證測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定可靠；3.自動(dòng)化程度更高，相對(duì)單光束測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)即監(jiān)測(cè)能力，適用于應(yīng)急環(huán)境下的監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的單光束測(cè)量裝置。

附圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的雙光束測(cè)量裝置。

附圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的另一種雙光束測(cè)量裝置。

附圖4是本發(fā)明的紅外光譜雙路測(cè)量裝置的反射工作模式光路圖。

附圖5是本發(fā)明的紅外光譜雙路測(cè)量裝置的透射工作模式光路圖。