[發明專利]一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置及方法

在審

• 申請號: 201510547904.0
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105181622A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 胡洋;陸松;管雨;袁偉;張和平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學先進技術研究院;合肥科斯孚安全科技有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 程篤慶;黃樂瑜

1.一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，包括：紅外光源(1)、橢球面反射鏡(2)、光圈(3)、斬波器(4)、第一拋物面反射鏡(5)、紅外氣體吸收池(6)、第二拋物面反射鏡(7)、紅外濾光片(8)、紅外探測器(9)、處理模塊；

紅外光源(1)用于發射紅外光并照射到橢球面反射鏡(2)上；

光圈(3)和斬波器(4)設在橢球面反射鏡(2)與第一拋物面反射鏡(5)之間，橢球面反射鏡(2)用于對紅外光進行反射后匯聚成第一紅外光束，第一紅外光束先后通過光圈(3)和斬波器(4)后照射到第一拋物面反射鏡(5)上，光圈(3)用于對第一紅外光束進行束光，斬波器(4)用于對束光后的第一紅外光束進行調制處理并輸出調制信號；

紅外氣體吸收池(6)設在第一拋物面反射鏡(5)和第二拋物面反射鏡(7)之間，第一拋物面反射鏡(5)用于對束光和調制后的第一紅外光束進行反射后形成平行的第二紅外光束，第二紅外光束通過紅外氣體吸收池(6)中流經的混合氣體后照射到第二拋物面反射鏡(7)上，混合氣體中的待測氣體對第二紅外光束中預定波長范圍的中紅外光進行吸收；

紅外濾光片(8)設在第二拋物面反射鏡(7)與紅外探測器(9)之間，第二拋物面反射鏡(7)用于對紅外吸收后的第二紅外光束進行反射后匯聚成第三紅外光束，第三紅外光束通過紅外濾光片(8)進行濾波后照射到紅外探測器(9)中，紅外濾光片(8)允許具有預定波長范圍的中紅外光透過，紅外探測器(9)用于對濾波后的第三紅外光束進行光電轉換處理并輸出探測信號；

處理模塊與斬波器(4)和紅外探測器(9)連接，處理模塊用于根據調制信號和探測信號進行運算得到輸出電壓，再根據輸出電壓計算得到混合氣體中待測氣體濃度。

2.根據權利要求1所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，紅外光源(1)的發光點位于橢球面反射鏡(2)的一個焦點位置；優選地，在橢球面反射鏡(2)的橢球內表面鍍有金膜。

3.根據權利要求1或2所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，第一紅外光束的匯聚點位于第一拋物面反射鏡(5)的焦點；優選地，第一紅外光束的中心軸與第一拋物面反射鏡(5)的光軸重合；優選地，第一拋物面反射鏡(5)的離軸角為90°，在其內表面鍍有金膜。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，光圈(3)和斬波器(4)位于第一紅外光束的中心軸上；優選地，光圈(3)為光束通過大小可調的可調光圈。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，第二紅外光束的中心軸與第二拋物面反射鏡(7)的光軸垂直；優選地，第二拋物面反射鏡(7)的離軸角為90°，在其內表面鍍有金膜。

6.根據權利要求1-5中任一項所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，第二紅外光束沿著紅外氣體吸收池(6)的中心軸通過；優選地，第二紅外光束的中心軸與紅外氣體吸收池(6)的中心軸重合；

優選地，紅外氣體吸收池(6)包括筒體，在筒體兩端分別密封設有紅外窗片(60)，在筒體內部設有供混合氣體流動的進氣支管和出氣支管；優選地，筒體、進氣支管和出氣支管為有機玻璃管；優選地，紅外窗片(60)為氟化鋇窗片、氟化鈣窗片等。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，第三紅外光束的匯聚點位于紅外探測器(9)的探測窗口上；優選地，第三紅外光束的中心軸與第二拋物面反射鏡(7)的光軸重合；優選地，紅外探測器(9)的探測窗口與第二拋物面反射鏡(7)的光軸垂直；優選地，紅外濾光片(8)與紅外探測器(9)的探測窗口平行安裝，優選地，紅外濾光片(8)安裝在紅外探測器(9)上并位于探測窗口前端。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，其特征在于，處理模塊用于根據調制信號和探測信號進行鎖相放大運算得到輸出電壓，再根據標定得到的待測氣體濃度與輸出電壓的對應關系，計算得到混合氣體中待測氣體濃度。