[發(fā)明專利]一種檢測多組分痕量氣體濃度的方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711238995.5
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108007901B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何興道;程濤;吳濤
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

1.一種檢測多組分痕量氣體濃度的方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

（1）、根據(jù)所測氣體特征吸收譜線以設(shè)定激光器（1）中心波長，通過激光控制單元（14）周期性改變激光器電流掃描波長，輸出的激光通過光隔離器，抑制來自諧振腔的光學(xué)反饋；前方設(shè)有二道反射鏡和合束片（4），通過第一反射鏡（5）和第二反射鏡（6）使激光上下左右可調(diào)，以此擴大光路的調(diào)節(jié)范圍；633nm的He-Ne激光器（3）所發(fā)出的紅光經(jīng)合束片（4）所為指示光，輔助調(diào)節(jié)光路；在第二反射鏡（6）后方增加聲光調(diào)制器（17）；偏振耦合鏡（7）前方放置1/4波片（8），改變激光的偏振態(tài)；激光耦合到氣體吸收池（11），在氣體吸收池（11）后方放置一面全反鏡（12），使投射過諧振腔的激光經(jīng)反射再次進入諧振腔與腔內(nèi)氣體作用；反射回激光經(jīng)1/4波片（8），此時激光的偏振態(tài)與原激光正交，再經(jīng)偏振耦合鏡（7）反射到光電探測器（13），實驗中分別測量空腔的衰蕩時間和腔內(nèi)含有目標(biāo)氣體時的衰蕩時間，由數(shù)據(jù)采集卡（15）對探測到的吸收信號進行采集，最終在計算機（16）中進行顯示與存儲，得到目標(biāo)氣體的吸收系數(shù)；

（2）、對于測量多組分氣體中目標(biāo)氣體，根據(jù)所測氣體特征吸收譜線以選取測量波段；譜線的選取首先應(yīng)當(dāng)避免與其他氣體交叉干擾，其次為滿足檢測精確度和靈敏度的要求，選擇線強最強的譜線；

（3）、將待測氣體由進氣口通入氣體吸收池（11），通過壓力控制器控制腔內(nèi)壓強，根據(jù)選擇的譜線設(shè)置激光器的中心波長，通過激光控制單元（14）周期性改變激光器電流掃描波長，獲得完整的氣體吸收光譜，最終將探測器接收的吸收光譜信號與HITRAN數(shù)據(jù)庫中目標(biāo)氣體的吸收譜線進行對比；

（4）、利用HITRAN數(shù)據(jù)庫提供的譜線參數(shù)對目標(biāo)氣體的濃度進行反演，反演過程基于郎伯-比爾定律。

2.一種檢測多組分痕量氣體濃度的裝置，其用于權(quán)利要求1中的方法，其特征在于：激光出射前方首先擺置光隔離器（2），隔離器(2)后方放置合束片（4）、第一反射鏡（5）和第二反射鏡（6）；氣體吸收池前方先后放置偏振耦合鏡（7）和1/4波片（8），后方放置一道高反鏡（12）；聲光調(diào)制器（17）置于偏振耦合鏡（7）前方；偏振耦合鏡（7）下方依次設(shè)有探測器（13）、數(shù)據(jù)采集卡（15），數(shù)據(jù)采集卡（15）和激光控制單元（14）接入計算機（16）控制；在合束片上方放置He-Ne激光器（3）作為指示光，輔助調(diào)節(jié)光路。

3.如權(quán)利要求2所述的一種檢測多組分痕量氣體濃度的裝置，其特征在于：檢測中，將待測氣體充入諧振腔內(nèi)直接進行測量，諧振腔同時兼做氣體吸收池（11）；氣體吸收池（11）中入射鏡（9）、出射鏡（10）和全反鏡（12）反射率大于99%，使激光在腔內(nèi)經(jīng)過多次反射，投射過諧振腔的激光經(jīng)全反鏡（12）反射再次進入諧振腔。

4.如權(quán)利要求2所述的一種檢測多組分痕量氣體濃度的裝置，其特征在于：全反鏡（12）可為平面鏡或者凹面鏡。

5.如權(quán)利要求2所述的一種檢測多組分痕量氣體濃度的裝置，其特征在于：其中激光器（1）為常溫下工作可調(diào)諧連續(xù)激光器，激光光譜線寬很窄，其線寬小于10MHZ。

6.如權(quán)利要求2所述的一種檢測多組分痕量氣體濃度的裝置，其特征在于：光隔離器（2）波段范圍覆蓋激光器發(fā)射波長范圍，抑制來自諧振腔的光學(xué)反饋。