專利名稱：氣體的光電測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體的光電測(cè)量，特別涉及復(fù)雜背景下微量氣體測(cè)量的光電測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
在流程工業(yè)領(lǐng)域，普遍存在微量氣體濃度的測(cè)量需要，比如天然氣中測(cè)量微量的 H2S氣體，由于其濃度小，傳統(tǒng)紅外分析儀表、普通單光程激光氣體分析儀表等都無(wú)法達(dá)到測(cè)量精度并實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)量?；诟呔?xì)度腔的激光氣體分析技術(shù)可以達(dá)到測(cè)量說(shuō)要求的探測(cè)下限，但是受限于以下因素，導(dǎo)致該技術(shù)很難在類似環(huán)境中得到應(yīng)用1.在復(fù)雜的過(guò)程氣體中，高濃度的背景氣體在被測(cè)氣體吸收波段存在很強(qiáng)的廣譜光譜吸收，而且相比之下微量被測(cè)氣體的特征吸收強(qiáng)度非常微弱。將疊加在強(qiáng)背景吸收信號(hào)上的微弱被測(cè)吸收信號(hào)分離并放大分析，測(cè)量精度很差。高濃度背景氣體氣體濃度的細(xì)微變化就會(huì)影響被測(cè)氣體的測(cè)量準(zhǔn)確性。比如使用基于高精細(xì)腔技術(shù)的腔衰蕩光譜技術(shù) (CRDs)由于背景氣體的光譜吸收較強(qiáng)，衰蕩時(shí)間短，測(cè)量精度降低，無(wú)法從中分離出微量被測(cè)氣體的衰蕩時(shí)間。2.對(duì)基于高精細(xì)度腔的積分腔光譜技術(shù)(ICOS)，通過(guò)調(diào)制吸收技術(shù)可以得到背景吸收中的微弱氣體吸收，但是如果高濃度背景氣體的吸收大，導(dǎo)致激光束在腔內(nèi)的損耗增大，顯著地減少來(lái)回反射的次數(shù)，從而影響被測(cè)氣體吸收的有效光程。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，背景氣體組分在不停地變化，被測(cè)氣體吸收的信號(hào)也會(huì)隨之發(fā)生變化，引起顯著地測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供一種測(cè)量精度高、能測(cè)量復(fù)雜背景下的微量氣體的光電測(cè)量裝置，還提供了一種測(cè)量精度高、能測(cè)量復(fù)雜背景氣體含量變化下的微量氣體的光電測(cè)量方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的氣體的光電測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括光源，所述光源用于發(fā)出測(cè)量光，所述測(cè)量光包含對(duì)應(yīng)于被測(cè)氣體吸收譜線的光；開關(guān)模塊，所述開關(guān)模塊用于控制是否有測(cè)量光進(jìn)入諧振腔；諧振腔，所述諧振腔包括第一高反射率腔鏡和第二高反射率腔鏡，所述諧振腔用于容納待測(cè)氣體且使所述測(cè)量光進(jìn)入并在所述第一高反鏡和第二高反鏡之間來(lái)回反射；當(dāng)光在諧振器內(nèi)反射過(guò)程中，會(huì)從腔鏡透射出微弱的光束；探測(cè)模塊，所述探測(cè)模塊用于在所述開關(guān)模塊為開狀態(tài)時(shí)將接收到的從所述諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)，并傳送到分析單元，以及在所述開關(guān)模塊為關(guān)狀態(tài)時(shí)將接收到的從所述諧振腔透射出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)，并傳送到補(bǔ)償模塊；
補(bǔ)償模塊，所述補(bǔ)償模塊用于根據(jù)接收到的所述第二電信號(hào)得出衰蕩時(shí)間τ，從而補(bǔ)償所述測(cè)量光在所述諧振腔內(nèi)的光程，進(jìn)而將補(bǔ)償后的有效光程Lrff傳送到分析單元；分析單元，所述分析單元用于利用光譜技術(shù)分析接收到的所述第一電信號(hào)以及有效光程Lrff，從而獲知所述諧振腔內(nèi)被測(cè)氣體的含量。根據(jù)上述的測(cè)量裝置，可選地，所述開關(guān)模塊控制所述光源是否發(fā)出測(cè)量光，或設(shè)置在所述測(cè)量光的光路上。根據(jù)上述的測(cè)量裝置，優(yōu)選地，根據(jù)所述測(cè)量裝置的可接受范圍而設(shè)置所述閾值。根據(jù)上述的測(cè)量裝置，可選地，利用所述衰蕩時(shí)間τ補(bǔ)償所述光程L的方式為
權(quán)利要求
1.氣體的光電測(cè)量裝置，其特征在于所述測(cè)量裝置包括光源，所述光源用于發(fā)出測(cè)量光，所述測(cè)量光包含對(duì)應(yīng)于被測(cè)氣體吸收譜線的波長(zhǎng)； 開關(guān)模塊，所述開關(guān)模塊用于控制是否有測(cè)量光進(jìn)入諧振腔； 諧振腔，所述諧振腔包括第一高反鏡和第二高反鏡，所述諧振腔用于容納被測(cè)氣體且使所述測(cè)量光進(jìn)入并在所述第一高反鏡和第二高反鏡之間來(lái)回反射；探測(cè)模塊，所述探測(cè)模塊用于在所述開關(guān)模塊為開狀態(tài)時(shí)將接收到的從所述諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)，并傳送到分析單元，以及在所述開關(guān)模塊為關(guān)狀態(tài)時(shí)將接收到的從所述諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)，并傳送到補(bǔ)償模塊；補(bǔ)償模塊，所述補(bǔ)償模塊用于根據(jù)接收到的所述第二電信號(hào)得出衰蕩時(shí)間τ，從而補(bǔ)償所述測(cè)量光在所述諧振腔內(nèi)的光程，進(jìn)而將補(bǔ)償后的有效光程Lrff傳送到分析單元；分析單元，所述分析單元用于利用光譜技術(shù)分析接收到的所述第一電信號(hào)以及有效光程Lrff，從而獲知所述諧振腔內(nèi)被測(cè)氣體的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述開關(guān)模塊控制所述光源是否發(fā)出測(cè)量光，或設(shè)置在所述測(cè)量光的光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述光源是激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述探測(cè)模塊包括第一探測(cè)模塊和第二探測(cè)模塊，分別用于輸出所述第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述第一電信號(hào)是調(diào)制吸收信號(hào)。
6.氣體的光電測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括以下步驟(Al)光源發(fā)出的測(cè)量光進(jìn)入諧振腔內(nèi)，所述諧振腔由第一高反鏡、第二高反鏡組成，所述測(cè)量光在所述第一高反鏡和第二高反鏡間來(lái)回反射，所述測(cè)量光中對(duì)應(yīng)于被測(cè)氣體的吸收譜線的光由于被被測(cè)氣體吸收而衰減；(Α2)探測(cè)模塊將接收到的從所述諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)，并傳送到分析單元；(A3)不再有測(cè)量光進(jìn)入所述諧振腔，所述探測(cè)模塊將接收到的從所述諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)，并傳送到補(bǔ)償模塊；(Α4)補(bǔ)償模塊根據(jù)接收到的所述第二電信號(hào)得出衰蕩時(shí)間τ，從而補(bǔ)償所述測(cè)量光在所述諧振腔內(nèi)的光程，進(jìn)而將補(bǔ)償后的有效光程Lrff傳送到分析單元；(Α5)分析單元利用光譜技術(shù)分析接收到的所述第一電信號(hào)以及有效光程Lrff，從而獲知所述諧振腔內(nèi)被測(cè)氣體的含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于在所述步驟(Α4)中，通過(guò)以下方式使不再有測(cè)量光進(jìn)入所述諧振腔關(guān)閉所述光源或在所述測(cè)量光的光路上設(shè)置阻擋物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于在所述步驟(Α5)中，利用所述衰蕩時(shí)間τ補(bǔ)償所述光程的方式為
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于所述探測(cè)模塊包括第一探測(cè)模塊和第二探測(cè)模塊，分別用于輸出所述第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量方法，其特征在于所述第一電信號(hào)是調(diào)制吸收信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了氣體的光電測(cè)量方法，包括以下步驟(A1)光源發(fā)出的測(cè)量光進(jìn)入諧振腔內(nèi)，在第一高反鏡和第二高反鏡間來(lái)回反射，測(cè)量光被被測(cè)氣體吸收而衰減；(A2)探測(cè)模塊將接收到的從諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)，并傳送到分析單元；(A3)快速關(guān)斷進(jìn)入諧振腔的測(cè)量光，探測(cè)模塊將接收到的從諧振腔出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)，并傳送到補(bǔ)償模塊；(A4)補(bǔ)償模塊根據(jù)接收到的第二電信號(hào)得出衰蕩時(shí)間τ，從而補(bǔ)償測(cè)量光在諧振腔內(nèi)的光程，進(jìn)而將補(bǔ)償后的光程Leff傳送到分析單元；(A5)分析單元利用光譜技術(shù)分析接收到的第一電信號(hào)以及光程Leff，從而獲知被測(cè)氣體的含量。本發(fā)明具有測(cè)量精度高、可用于復(fù)雜背景下微量氣體的測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/27GK102564969SQ20111046171
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者俞大海, 章瑜 申請(qǐng)人:聚光科技(杭州)股份有限公司