[發(fā)明專利]一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110098011.8
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112903628A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 江長海
• 申請（專利權）人: 內蒙古光能科技有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京華仁聯(lián)合知識產(chǎn)權代理有限公司 11588
• 代理人: 王倩倩

1.一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法，包括激光控制中心(1)、光開關(4)、激光校準中心(13)、中央數(shù)據(jù)處理及控制中心(12)和光衰蕩腔(11)，其特征在于：所述檢測裝置由激光控制中心(1)、光開關(4)、激光校準中心(13)、中央數(shù)據(jù)處理及控制中心(12)和光衰蕩腔(11)構成，所述激光控制中心(1)與光開關(4)之間并聯(lián)可調諧激光器A(2)和可調諧激光器B(16)，所述光開關(4)與光衰蕩腔(11)之間連接有光分束器(5)、光隔離器(6)和光線準直器(7)；

所述光衰蕩腔(11)內部設置有高反鏡A(8)和高反鏡B(9)，所述光衰蕩腔(11)上端兩側分別連通有壓力控制中心(17)和真空泵(20)，所述壓力控制中心(17)連接有貯氣罐(18)，所述真空泵(20)連通有反應塔(19)，所述光衰蕩腔(11)連接有光電探測器(10)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法，其特征在于：所述中央數(shù)據(jù)處理及控制中心(12)分別與激光控制中心(1)、光分束器(5)、光電探測器(10)、壓力控制中心(17)和真空泵(20)相連接；

所述中央數(shù)據(jù)處理及控制中心(12)與光分束器(5)連接線路之間設置有激光校準中心(13)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法，其特征在于：所述可調諧激光器A(2)與可調諧激光器B(16)與光開關(4)、光開關(4)與光分束器(5)、光分束器(5)與光隔離器(6)、光隔離器(6)和光線準直器(7)之間連接均采用保偏光纖(3)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法，其特征在于：所述高反鏡A(8)與高反鏡B(9)呈對稱分布，且高反鏡A(8)與高反鏡B(9)反射方向相反。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法，其特征在于：所述光線準直器(7)由光纖和準直透鏡組成，所述準直透鏡可為C-lens透鏡、自聚焦透鏡或球透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)主要有棱鏡、正透鏡和負透鏡組成。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種負壓狀態(tài)下痕量氣體檢測裝置及其檢測方法，其特征在于：所述檢測步驟如下：

S1：向光衰蕩腔(11)內通入待測氣體；

S2：通過壓力控制中心(17)與真空泵(20)，控制光衰蕩腔(11)內部處于負壓狀態(tài)；

S3：激光控制中心(1)控制可調諧激光器A(2)和可調諧激光器B(16)發(fā)出的激光信號波長λ1、λ2，波長λ1、λ2為待測氣體不同特征吸收峰所對應波長；

S4：中央數(shù)據(jù)處理及控制中心(12)通過調控光開關(4)，使波長λ1、λ2的激光信號其中之一通過，并經(jīng)光分束器(5)分為能量比為99:1的兩束激光信號；

S5：99％能量的激光信號經(jīng)保偏光纖傳(3)輸?shù)焦飧綦x器(6)，99％能量的激光信號通過光隔離器(6)后經(jīng)光線準直器(7)準直后耦合到光衰蕩腔(11)中并與其共振；

S6：1％能量的激光信號經(jīng)保偏光纖(3)傳輸?shù)酱郎y氣體特征吸收譜線校準系統(tǒng)中，光電轉換器實時捕捉待測氣體特征吸收譜線校準系統(tǒng)中的校準信息并傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)處理及控制中心(12)，中央數(shù)據(jù)處理及控制中心(12)根據(jù)得到的校準信息控制激光控制中心(1)調整發(fā)出的激光信號波長，進行自校準；

S7：光電探測器(10)實時捕捉從光衰蕩腔(11)中透射出來的激光信號，實時監(jiān)測激光信號的能量在光衰蕩腔(11)中變化情況，并將監(jiān)測到的信息經(jīng)光電轉換后傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)處理及控制中心(12)，得到激光信號的衰蕩時間τ；

S8：測得衰蕩時間后，根據(jù)朗伯比爾定律可以計算出待測氣體的濃度為

其中N1、N2為待測氣體濃度，τ為有待測氣體吸收時測得的衰蕩時間，τ0為無待測氣體吸收時測得的衰蕩時間，c為光速，σ(λ1)、σ(λ2)分別為待測氣體的不同特征吸收峰對應的吸收截面；

S9：根據(jù)S8計算得到的N1、N2兩個濃度值為同一種待測氣體的濃度，其之間可進行相互校驗。