[實用新型]基于光學吸收和干涉法檢測氣體濃度的裝置

有效

• 申請號: 201721070447.1
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN207096089U
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 張忠民;吳壯壯;徐立佳
• 申請（專利權）人: 青島眾瑞智能儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/45
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙)37236
• 代理人: 張曉艷

技術領域

本實用新型屬于氣體濃度檢測領域，尤其涉及一種基于光學吸收和干涉法檢測氣體濃度的裝置。

背景技術

當前污染源和大氣中特定氣體檢測中，基于光學吸收原理進行檢測的儀器基本上都是基于朗伯-比爾定律的。其原理是通過檢測特定波長的光經過樣氣后，部分光能量被樣氣中的特定組分吸收，首先利用光電檢測器檢測出光源發出的光的初始能量作為參比光，然后檢測出經過樣氣吸收后的出射光能量，和參比光進行比對計算后可以計算出樣氣對特定波長的吸光度。不同氣體的吸收波長不同，根據朗伯-比爾定律，吸光度大小和樣氣中與波長對應的有害氣體組分的濃度成正比，因此通過測量計算出特定波長的吸光度變化可以計算出對應的有害氣體濃度。

隨著人們環保意識的增強，以及對有害氣體危害的深刻認知，氣體濃度的檢測要求也越來越高，檢測設備需精確的檢測出更低含量氣體的濃度值。然而， 當樣氣中的待測氣體濃度較低時，氣體吸光度很小，因此被吸收的光能量占比很小，即被測氣體濃度信息光信號能量占比小，而光譜儀的靈敏度、動態范圍和信噪比有限，以至于被測氣體吸收的光能量數值上接近光譜儀本身的噪聲大小，被測氣體產生的光電信號的信噪比很低，所以能夠實現的氣體濃度檢出限高，而濃度分辨率低，難以滿足目前環境監測對污染物濃度提出的更低檢出限和更高分辨率的要求。

實用新型內容

本實用新型針對上述的技術問題，提出一種基于光吸收原理，并結合干涉法的氣體濃度檢測裝置，該裝置在采用現有光電檢測器的狀況下，可極大的提高檢測儀器的分辨率和檢出限性能，有效檢測低含量氣體的濃度。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種基于光學吸收和干涉法檢測氣體濃度的裝置，包括光發射器、分光鏡、參比氣室、樣氣氣室、全反鏡及光電檢測器，所述光發射器發射入射光與分光鏡呈45°，經分光后分為反射光和透射光，兩束光分別照射參比氣室和樣氣氣室后，經設置在氣室后的反光鏡反射回分光鏡，合束后同方向射出的兩束光產生干涉，光電檢測器檢測零級條紋處光線強度。

作為優選，所述分光鏡光入射面設置有半反半透膜，所述反射光光路上設置有補償鏡。

作為優選，所述光發射器發射的光為紅外光、可見光或紫外光。

作為優選，所述光電檢測器為光譜儀，檢測不同波長的光強度。

與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果在于：

1、本實用新型所述的檢測氣體濃度的裝置相比于現有的吸光度發檢測氣體濃度的方法，大大提高了光電檢測器接收到的光信號中氣體濃度信息的能量占比，在采用相同光電傳感器的情況下，能夠大幅度提高檢測氣體的分辨率和檢出限性能1個數量級以上，從而獲得更低的檢出限和更高的分辨率。

2、相比于現有的低濃度檢測方法熒光法或者離子色譜法，本實用新型實時性好，能夠快速檢測特定氣體濃度，并且結構較為簡單，能夠實現便攜式測量。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

上各圖中：1、光發射器；2、分光鏡；3、半反半透膜；6、參比氣室；7、進氣口；8、出氣口；9、樣氣氣室；10、反光鏡A；11、反光鏡B；12、光電檢測器；13、補償鏡。

具體實施方式

為了更好的理解本實用新型，下面結合附圖和實施例做具體說明。

實施例1：一種基于光學吸收和干涉法檢測氣體濃度的方法，包括以下步驟：

1、將連續光譜光源發射的入射光a呈45°照射在入射面設置有半反半透膜的分光鏡上；

2、入射光a經半反半透膜分為能量相等的反射光r和透射光t。由波動理論可知，入射光在光疏媒質中前進，遇到光密媒質界面時，在反射過程中產生半波損失。由于半反半透膜的折射率大于空氣折射率，入射光a經空氣進入半反半透膜在入射點發生反射，因此反射光r產生半波損失。

3、反射光r和透射光t分別照射容納在相同氣室內的參比氣體和樣氣氣體，氣室后設置有全反鏡，參比氣體采用對光源無吸收的氣體，如高純氮氣。

4、反射光r和透射光t分別經全反鏡反射后再次經過氣室，照射在分光鏡上，r經分光鏡后的透射光r’，與t經分光鏡后的反射光t’合為同一束光。由于半反半透膜的折射率小于分光鏡本體的折射率，因此t經分光鏡后的反射光t’沒有半波損失，并且反射光路和透射光路光學條件相同，因此r’與t’的位相相反。