专利名称：气体的光电测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体的光电测量，特别涉及复杂背景下微量气体测量的光电测量装置。
背景技术：
在流程エ业领域，普遍存在微量气体浓度的測量需要，比如天然气中测量微量的H2S气体，由于其浓度小，传统红外分析仪表、普通单光程激光气体分析仪表等都无法达到測量精度并实现在线连续測量。基于高精细度腔的激光气体分析技术可以达到测量说要求的探測下限，但是受限于以下因素，导致该技术很难在类似环境中得到应用 I.在复杂的过程气体中，高浓度的背景气体在被测气体吸收波段存在很强的广谱光谱吸收，而且相比之下微量被测气体的特征吸收强度非常微弱。将叠加在强背景吸收信号上的微弱被测吸收信号分离并放大分析，測量精度很差。高浓度背景气体气体浓度的细微变化就会影响被测气体的測量准确性。比如使用基于高精细腔技术的腔衰荡光谱技术(CRDs)由于背景气体的光谱吸收较强，衰荡时间短，測量精度降低，无法从中分离出微量被测气体的衰荡时间。2.对基于高精细度腔的积分腔光谱技术(ICOS)，通过调制吸收技术可以得到背景吸收中的微弱气体吸收，但是如果高浓度背景气体的吸收大，导致激光束在腔内的损耗増大，显著地減少来回反射的次数，从而影响被测气体吸收的有效光程。在实际测量过程中，背景气体组分在不停地变化，被测气体吸收的信号也会随之发生变化，引起显著地測量误差。
实用新型内容为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供一种测量精度高、能測量复杂背景下的微量气体的光电测量装置。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的气体的光电测量装置，所述测量装置包括光源，所述光源用于发出測量光，所述测量光包含对应于被测气体吸收谱线的光;开关模块，所述开关模块用于控制是否有測量光进入谐振腔；谐振腔，所述谐振腔包括第一高反射率腔镜和第二高反射率腔镜，所述谐振腔用于容纳待测气体且使所述测量光进入并在所述第一高反镜和第二高反镜之间来回反射；当光在谐振器内反射过程中，会从腔镜透射出微弱的光束；探测模块，所述探测模块用于在所述开关模块为开状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析単元，以及在所述开关模块为关状态时将接收到的从所述谐振腔透射出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；补偿模块，所述补偿模块用于根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间T ,从而补偿所述测量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Lrff传送到分析单元;分析単元，所述分析単元用于利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Lrff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。根据上述的測量装置，可选地，所述开关模块控制所述光源是否发出測量光，或设置在所述测量光的光路上。根据上述的測量装置，优选地，所述光源是激光器。根据上述的測量装置，可选地，所述探测模块包括第一探测模块和第二探測模块，分别用于输出所述第一电信号和第二电信号。根据上述的測量装置，优选地，所述第一电信号是调制吸收信号。与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为I、通过调制吸收信号(即第一电信号)，可以从强背景吸收信号中提取出2、通过衰荡时间信号(即第二电信号)，可以实时地測量光束在高精细腔内的有效光程，使得到的被测气体浓度很准确，并不受背景气体强吸收的影响。
參照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中图I是根据实施例I的測量装置的基本结构图；图2是根据实施例I的測量方法的流程图；图3是根据实施例2的測量方法中选用的吸收谱线示意图；图4是根据实施例2的測量方法中驱动信号的示意图；图5是根据实施例3的測量方法中驱动信号的示意图；图6是根据实施例4的測量装置的基本结构图。
具体实施方式
图1-6和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例I :图I示意性地给出了本实施例的气体的光电测量装置的基本结构图。如图I所示，所述测量装置包括光源，所述光源用于发出測量光，所述测量光包含对应于被测气体吸收谱线的光;可选地，所述光源可以是单色性极好的激光器，如半导体激光器，此时还需设置温度控制模块以及电流输入模块。[0033]开关模块(未示出)，所述开关模块用于控制是否有測量光进入谐振腔；所述开关模块至少有两种工作方式，如所述开关模块控制所述光源的驱动模块，从而控制所述光源是否发出測量光；还可以是在光源发出的測量光的光路上设置遮挡物，如遮挡片、声光晶体等，从而控制測量光通过与否。谐振腔，所述谐振腔包括第一高反镜和第二高反镜，所述谐振腔用于容纳被测气体且便于所述测量光进入并在所述第一高反镜和第二高反镜之间来回多次反射；所述谐振腔对于本领域的技术人员是容易理解的基本常识。探测模块，所述探测模块用于在所述开关模块为开状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析単元，以及在所述开关模块为关状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；由于上述第一电信号和第二电信号的带宽不同，通常情况下设置第一探测模块 (如光电探测器和锁相放大电路)和第二探测模块(如光电探测器和放大电路)，用于分别输出所述第一电信号和第二电信号。补偿模块，所述补偿模块用于根据腔衰荡技术处理接收到的所述第二电信号(代表的是光强随时间的变化关系)，从而得出衰荡时间τ，从而补偿所述測量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Lrff传送到分析単元；所述补偿模块采用电路实现，或者采用软件来实现，具体实现方式对于本领域的技术人员是容易理解的。优选地，利用所述衰荡时间τ补偿所述光程的方式为Leff =び=c是光速，し为所述谐振腔的腔长，R为反射率，N为待测气体的浓度，σ (V)为待测气体的単位吸收。分析単元，所述分析単元用于利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Lrff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。如图I所示，信号控制和处理电路实现了所述补偿模块和分析単元的全部功能，而且还控制了激光器的电流输入(如三角波加正弦波的调制)和温度控制。图3示意性地给出了本实施例的气体的光电测量方法的流程图。如图3所示，所述测量方法包括以下步骤(Al)光源发出的測量光进入谐振腔内，所述谐振腔由第一高反镜、第二高反镜组成；在所述第一高反镜和第二高反镜来回反射，所述测量光中对应于被测气体的吸收谱线的光被被测气体吸收而衰减；(A2)探测模块将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析单元；(A3)不再有測量光进入所述谐振腔，所述探测模块将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；开关模块用于控制是否有測量光进入所述谐振腔，至少有两种工作方式，如所述开关模块控制所述光源的驱动模块，从而控制所述光源是否发出測量光；还可以是在光源发出的測量光的光路上设置遮挡物，从而控制測量光通过与否。由于上述第一电信号和第二电信号的带宽不同，通常情况下设置第一探测模块(如光电探测器和锁相放大电路)和第二探测模块(如光电探测器和放大电路)，用于分别输出所述第一电信号和第二电信号。(A4)补偿模块根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间τ，并补偿所述测量光在所述谐振腔内的光程，并将补偿后的有效光程Leff传送到分析単元；优选地，利用所述衰荡时间τ补偿所述光程的方式为
权利要求1.气体的光电测量装置，其特征在于所述测量装置包括 光源，所述光源用于发出測量光，所述测量光包含对应于被测气体吸收谱线的波长； 开关模块，所述开关模块用于控制是否有測量光进入谐振腔； 谐振腔，所述谐振腔包括第一高反镜和第二高反镜，所述谐振腔用于容纳被测气体且使所述测量光进入并在所述第一高反镜和第二高反镜之间来回反射； 探测模块，所述探测模块用于在所述开关模块为开状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析単元，以及在所述开关模块为关状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块； 补偿模块，所述补偿模块用于根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间T，从而补偿所述測量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Leff传送到分析単元；分析単元，所述分析単元用于利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Lrff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。
2.根据权利要求I所述的测量装置，其特征在于所述开关模块控制所述光源是否发出测量光，或设置在所述测量光的光路上。
3.根据权利要求I所述的测量装置，其特征在于所述光源是激光器。
4.根据权利要求I所述的测量装置，其特征在于所述探测模块包括第一探测模块和第二探测模块，分别用于输出所述第一电信号和第二电信号。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于所述第一电信号是调制吸收信号。
专利摘要本实用新型提供了气体的光电测量装置，包括光源；开关模块，用于控制是否有测量光进入谐振腔；谐振腔，包括第一高反镜和第二高反镜；探测模块，用于在所述开关模块为开状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析单元，以及在所述开关模块为关状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；补偿模块，用于根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间τ，从而补偿所述测量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Leff传送到分析单元；分析单元，用于利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Leff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。本实用新型具有测量精度高、可用于复杂背景下微量气体的测量等优点。
文档编号G01N21/27GK202404018SQ201120577728
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者俞大海, 章瑜 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司