[發明專利]利用光聲光譜法檢測氨氣氣體檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201710123324.8
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106769973A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳默;何安德
• 申請（專利權）人: 江蘇舒茨測控設備股份有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種利用光聲光譜法檢測氨氣氣體檢測裝置，其特征在于：包括光源(1)、斬波器(2)、濾光片(3)、光聲池(4)、硅微微音器(5)、紅外探測器(6)；光聲池(4)前方平行設置斬波器(2)，濾光片(3)位于在光聲池(4)的左端，光聲池(4)被分為上、下兩個氣室，上部的氣室右端內嵌有紅外探測器(6)；下部的氣室右端側內嵌硅微微音器(5)，紅外探測器(6)和硅微微音器(5)位于同一垂直平面上，所述的光源(1)通過斬波器(2)斬波后輸入通過濾光片(3)濾光進入光聲池(4)。

2.根據權利要求1所述的利用光聲光譜法檢測氨氣氣體殘留濃度的方法，其特征在于所述的濾光片(3)為波數為937，中心波長為10.2微米的窄帶濾光片。

3.根據權利要求1所述的利用光聲光譜法檢測氨氣氣體殘留濃度的方法，其特征在于所述光聲池(4)使用非諧振圓柱體結構。

4.一種使用如權利要求1所述的利用光聲光譜法檢測氨氣氣體檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、光源采用非干涉熱輻射源，通過斬波器切光和濾光片濾光，得到強度可調制的單色光；

步驟2、可調制光譜照射在密封的光聲池內的痕量氨氣氣體上，氨氣氣體分子吸收電磁輻射后受激，躍遷到更高一層的激發態，并通過伸縮振動和變形振動回到基態；

步驟3、震動引起氣體溫度的升高，并釋放熱能，釋放的熱能使氨氣分子按光的調制頻率產生周期性加熱，從而產生周期性壓力波動；

步驟4、壓力波動采用振動敏感度小于<1dB的硅微微音器探測，并通過轉換電路放大信號得到光聲信號，光聲信號由外圍電路轉換成電信號，再由外圍電路內的鎖相放大器放大電信號后送入數據采集電路；

步驟5、可調制光譜照射在密封的光聲池內，光聲池內的水汽以及二氧化碳氣體對光源產生吸收后形成吸收光譜，其吸收關系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律，并通過配置的紅外探測器探測吸收的光通量；

步驟6、通過硅微微音器探測的信號以及紅外探測器探測的信號進行實時計算，剔除水汽以及二氧化碳對微量氨氣檢查時產生的交叉干擾，最后計算完成氨氣殘留濃度。

5.根據權利要求4所述的利用光聲光譜法檢測氨氣氣體殘留濃度的方法，其特征在于所述的步驟6中:光聲池(4)的上氣室內，氣體分子對特定波長的紅外光有吸收，其吸收關系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律；設入射光是平行光，其強度為IO,出射光的強度為I，氣體介質的厚度為L；當由氣體介質中的分子數dN的吸收所造成的光強減弱為dl時，根據朗伯--比爾吸收定律:dl/I＝-KdN，式中K為比例常數；經積分得:Inl＝-KN+α(1)，式中:N為吸收氣體介質的分子總數；α為積分常數；顯然有N∝cl，c為氣體濃度，則式(1)可寫成:

I＝exp(α)exp(-KN)＝exp(α)exp(-μcL)＝IOexp(-μcL)(2)

式(2)表明，光強在氣體介質中隨濃度c及厚度L按指數規律衰減；

氨氣氣體的殘留濃度通過公式

得到，式中，為光聲信號的振幅，為氣體的吸收系數，Pa為氣體的分壓，為氣體的比熱容比，為光的調制頻率，為消激勵壽命，其中的I'為式(2)中去除氣體介質中對光強減弱的影響后的光強，W為光斑半徑，V為光聲池(4)的體積，i為虛數單位，為聲電系數。

6.根據權利要求4所述的利用光聲光譜法檢測氨氣氣體殘留濃度的方法，其特征在于所述的濾光片(3)為波數為937，中心波長為10.2微米的窄帶濾光片。

7.根據權利要求4所述的利用光聲光譜法檢測氨氣氣體殘留濃度的方法，其特征在于所述光聲池(4)使用非諧振圓柱體結構。