[實用新型]開放式痕量氣體監測系統

有效

• 申請號: 201420040560.5
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN203720068U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 韓正勇;問建忠;董超;鄧朋朋
• 申請（專利權）人: 山西國惠光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/39
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本實用新型涉及痕量氣體監測技術，具體是一種開放式痕量氣體監測系統。

背景技術

近代以來，大量的痕量氣體被排放到大氣中，帶來了日益嚴重的環境和氣候問題（包括溫室效應、酸雨、臭氧層減薄等）。因此，實時、大面積地對大氣中的痕量氣體進行開放式監測（包括定性辨識和定量分析），對于解決環境和氣候問題具有十分重要的意義。在現有技術條件下，痕量氣體的開放式監測主要是通過傅立葉紅外光譜儀或基于TDLAS技術的紅外氣體傳感器來實現的。其中，傅立葉紅外光譜儀具有監測類型多、可靠性高的優點，但其存在如下問題：其一，為了獲取較高的靈敏度，其探測器部分需要用液氮冷卻，導致其存在成本昂貴、體積龐大笨重、不便攜帶的問題。其二，其進行光譜掃描和數據計算需要耗費很長時間，導致其存在數據處理速度慢的問題。基于TDLAS技術的紅外氣體傳感器具有靈敏度高的優點，但其需要采用鎖相放大等硬件設備，導致其存在結構繁瑣、監測距離短的問題。基于此，有必要發明一種全新的痕量氣體監測系統，以解決現有痕量氣體監測系統成本昂貴、體積龐大笨重、不便攜帶、數據處理速度慢、結構繁瑣、監測距離短的問題。

發明內容

本實用新型為了解決現有痕量氣體監測系統成本昂貴、體積龐大笨重、不便攜帶、數據處理速度慢、結構繁瑣、監測距離短的問題，提供了一種開放式痕量氣體監測系統。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：開放式痕量氣體監測系統，包括量子級聯激光器、碲鎘汞探測器；其中，量子級聯激光器的出射端與碲鎘汞探測器的入射端之間設有由擴束準直鏡和會聚透鏡依次串接而成的光路；量子級聯激光器的外殼上固定安裝有可見光點式激光器；碲鎘汞探測器的外殼上固定安裝有瞄準板；可見光點式激光器的出射端與瞄準板的板面正對。

工作時，將本實用新型所述的開放式痕量氣體監測系統置于開放空間中。具體工作過程如下：量子級聯激光器發出激光。所發出的激光經擴束準直鏡進行擴束。擴束后的激光穿過開放空間，然后經會聚透鏡進行會聚。會聚后的激光入射到碲鎘汞探測器。在穿過開放空間的過程中，特定波長的激光被開放空間中的痕量氣體所吸收，使得入射到碲鎘汞探測器的激光形成吸收光譜。根據該吸收光譜，即可對開放空間中的痕量氣體進行定性辨識和定量分析，由此實現痕量氣體的開放式監測。在此過程中，可見光點式激光器發出可見光。所發出的可見光作為引導光入射到瞄準板上，其作用是引導激光準確入射到碲鎘汞探測器，以保證監測的準確性。基于上述過程，與傅立葉紅外光譜儀相比，本實用新型所述的開放式痕量氣體監測系統具有如下優點：其一，本實用新型所述的開放式痕量氣體監測系統通過采用碲鎘汞探測器，并利用碲鎘汞探測器靈敏度較高的特點，使得探測器部分無需用液氮冷卻，即可獲取較高的靈敏度，由此使得成本更低廉、體積更小巧輕便、更便于攜帶。其二，本實用新型所述的開放式痕量氣體監測系統通過采用碲鎘汞探測器，并利用碲鎘汞探測器響應速度快的特點，使得光譜掃描和數據計算耗時更短，由此使得數據處理速度更快。與基于TDLAS技術的紅外氣體傳感器相比，本實用新型所述的開放式痕量氣體監測系統無需采用鎖相放大等硬件設備，即可實現痕量氣體的開放式監測，由此使得結構更簡單、監測距離更長。綜上所述，本實用新型所述的開放式痕量氣體監測系統基于全新結構，有效解決了現有痕量氣體監測系統成本昂貴、體積龐大笨重、不便攜帶、數據處理速度慢、結構繁瑣、監測距離短的問題。

進一步地，還包括數據采集卡；數據采集卡的信號輸入端與碲鎘汞探測器的信號輸出端連接。工作時，數據采集卡對吸收光譜進行采集，并根據采集到的吸收光譜，同時結合濃度反演算法，對開放空間中的痕量氣體進行定性辨識和定量分析，由此進一步提高了監測的準確性。

本實用新型結構簡單、設計合理，有效解決了現有痕量氣體監測系統成本昂貴、體積龐大笨重、不便攜帶、結構繁瑣、監測距離短的問題，適用于工業檢測、環境監測、礦場氣體分析等各種場合的痕量氣體監測。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖中：1-量子級聯激光器，2-碲鎘汞探測器，3-擴束準直鏡，4-會聚透鏡，5-可見光點式激光器，6-瞄準板，7-數據采集卡。

具體實施方式

開放式痕量氣體監測系統，包括量子級聯激光器1、碲鎘汞探測器2；其中，量子級聯激光器1的出射端與碲鎘汞探測器2的入射端之間設有由擴束準直鏡3和會聚透鏡4依次串接而成的光路；量子級聯激光器1的外殼上固定安裝有可見光點式激光器5；碲鎘汞探測器2的外殼上固定安裝有瞄準板6；可見光點式激光器5的出射端與瞄準板6的板面正對。