[發(fā)明專利]一種多波段腔增強(qiáng)紅外光梳光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111068203.0
• 申請(qǐng)日: 2021-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113777068B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉睿;王杰;廖文龍;謝茜;張宗喜;馮運(yùn);閆明;曾和平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院;華東師范大學(xué)重慶研究院
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504;G01N21/25;G01N21/03
• 代理公司: 重慶信航知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

本發(fā)明提供一種多波段腔增強(qiáng)紅外光梳光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括第一紅外光梳光源、第二紅外光梳光源、第一光柵、第二光柵、氣樣池、增強(qiáng)腔輸入鏡、增強(qiáng)腔輸出鏡、第三光柵、第四光柵、半波片、合束片、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、差分放大器和頻譜分析儀。本申請(qǐng)利用紅外寬譜帶雙光梳光源對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)不同氣體分子的特征吸收峰，在氣樣池內(nèi)放入多組相應(yīng)波段的增強(qiáng)型高反射率腔鏡，達(dá)到多波段光梳與分子相互作用的增強(qiáng)效果，解決了傳統(tǒng)腔增強(qiáng)光譜技術(shù)存在的寬譜測(cè)量難題；通過(guò)采用雙光梳光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨高精度的氣體譜線測(cè)量，提升氣體檢測(cè)選擇性和精確度的同時(shí)，結(jié)合腔增強(qiáng)技術(shù)增加了氣體檢測(cè)靈敏度與響應(yīng)度，達(dá)到全面檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多波段腔增強(qiáng)紅外光梳光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氣體檢測(cè)技術(shù)具有廣泛應(yīng)用價(jià)值，對(duì)避免和控制事故有著重要的指示意義，例如針對(duì)管道運(yùn)輸?shù)男孤稒z測(cè)、化工生產(chǎn)的應(yīng)急檢測(cè)、電氣設(shè)備的檢修檢測(cè)、污染排放的廢氣檢測(cè)等。實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)被檢測(cè)氣體的濃度低，因此要求高靈敏度的氣體監(jiān)測(cè)手段。由于紅外波段為氣體分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的強(qiáng)吸收光譜區(qū)，即指紋光譜區(qū)，因而通過(guò)測(cè)量吸收譜線可以表征氣體分子，故在氣體檢測(cè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。目前，氣體光譜檢測(cè)方法有非色散紅外法、傅立葉變換紅外光譜法、差分光學(xué)吸收光譜法、可調(diào)諧二極管激光吸收光譜和光聲光譜技術(shù)等。

非色散紅外法利用廣譜光源檢測(cè)特定氣體，通過(guò)濾光片對(duì)紅外波段進(jìn)行選擇，并基于氣體選擇吸收特性對(duì)氣體分子進(jìn)行分析。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)特定氣體分子分析具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)；但是存在波段狹窄、選擇性差，精度較低等問(wèn)題，且測(cè)量結(jié)果易受到共存干擾物的影響。

傅里葉變換紅外光譜技術(shù)通過(guò)邁克爾遜干涉儀使信號(hào)光和本征光產(chǎn)生干涉，并通過(guò)傅立葉變換轉(zhuǎn)換得到紅外光譜圖，可以用于定性、定量的氣體分析，其測(cè)量精度高、噪聲低，常用于大氣污染物的監(jiān)測(cè)，但是其靈敏度低，難以實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)分之一及以下的氣體濃度檢測(cè)。

差分光學(xué)吸收光譜通過(guò)探測(cè)氣體差分吸收特性，并根據(jù)Beer-Lambert定律反演微量氣體種類和濃度信息。此技術(shù)原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且精度高；但該方法主要用于低吸光氣體濃度的檢測(cè)，且在光學(xué)介質(zhì)均勻分布的非散射體系下應(yīng)用，因此大大限制了其應(yīng)用范圍。

可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)采用頻率或波長(zhǎng)可調(diào)諧的半導(dǎo)體激光光源，通過(guò)頻率掃描的方式，得到分子單根譜線的吸收光譜，再利用被測(cè)氣體的分子指紋特性計(jì)算獲得氣體濃度、溫度等信息。此技術(shù)具有高靈敏和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，但是響應(yīng)速度慢；此外受到光源調(diào)諧范圍的限制，該技術(shù)應(yīng)用范圍有限。

光聲光譜技術(shù)是一種基于光聲效應(yīng)和紅外吸收理論的氣體檢測(cè)技術(shù)。其原理是氣體分子吸收經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光后周期性地以“光—熱—聲”轉(zhuǎn)換，并利用聲傳感器探測(cè)隨波長(zhǎng)變化的光聲信號(hào)，以獲得光聲光譜，最后利用聲波幅值與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出氣體的濃度。由于無(wú)耗材和無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)技術(shù)具有穩(wěn)定性好、采樣量少、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；但其難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)采樣檢測(cè)，且容易受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化和其他氣體的干擾，測(cè)量精度較低。

因此，目前傳統(tǒng)氣體光譜檢測(cè)技術(shù)存在測(cè)量耗時(shí)、精度低、分辨率低，以及探測(cè)靈敏度有限和對(duì)多組分氣體定量分析困難等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有氣體光譜檢測(cè)技術(shù)存在測(cè)量耗時(shí)、精度低、分辨率低，以及探測(cè)靈敏度有限和對(duì)多組分氣體定量分析困難的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多波段腔增強(qiáng)紅外光梳光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：