基于光声光谱技术的大气温室气体中甲烷和二氧化碳的检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于光声光谱技术的大气温室气体中甲烷和二氧化碳的检测装置，涉及利用光学检测气体【技术领域】。激光器I发出光束I经过反射镜反射、高透高反镜反射，激光器II发出光束II经过高透高反镜透射，光束I和光束II共同通过斩波器穿过光声池入射到光电探测器。光声池的共振腔连接有光学麦克风，光学麦克风与锁相放大器连接，斩波器与锁相放大器相连，锁相放大器、光电探测器分别与电脑电连接。本发明解决了现有技术中存在的信噪比稳定性差，抗环境干扰能力差的技术问题。本发明的有益效果为：有效地降低了系统噪声，提高系统稳定性，适合长时间的监测。同时监测甲烷和二氧化碳这两种气体，为研究温室气体对气候的影响提供了技术基础。
【专利说明】基于光声光谱技术的大气温室气体中甲烷和二氧化碳的检 测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用光学手段来检测气体的【技术领域】，尤其是涉及一种基于光声光谱 技术检测大气温室气体中甲烷和二氧化碳的装置。
【背景技术】
[0002] 大气温室气体导致全球变暖、极端气候出现。温室气体能有效地吸收红外辐射，产 生温室效应。温室气体中最主要、排放最多的是二氧化碳。甲烷虽然含量相对较少，但它的 温室效应却是二氧化碳的26倍。联合国世界气象组织发布的报告称，2011年地球大气的 二氧化碳含量创下新高，达到390. 9ppm。甲烧含量也达到历史新高，为1813ppb。温室气体 引起全球变暖，已经对自然生态系统和人类生存环境造成了严重的影响，成为人类社会和 各国政府亟待解决的重大问题。温室气体浓度的监控为研究全球气候变化提供了可靠数 据，也为推进节能减排提供了基础技术手段。光声光谱法基于光声效应，气体吸收光能后发 生无辐射跃迁，产生热能而导致吸收媒质温度升高，当入射光在声频范围内进行光强或波 长调制时，媒质温度发生相同频率的周期性变化，从而产生声波，通过测量声压可以求出气 体浓度。相对于直接吸收光谱测量，光声光谱法直接检测气体吸收的光能，不受散射光影 响，是一种绝对检测的方法，检测灵敏度高。光声光谱法用于气体检测的应用已有很多，t匕 如2005年巴黎高等洛桑联邦理工学院的研究人员用主波长为165 Inm的激光器检测甲烷浓 度，灵敏度达到0. 18ppm ;2008年德国汉堡大学的M. Wol和M. Germer等人用主波长为2. 4um 的激光器探测二氧化碳的浓度，达到PPb量级的灵敏度；2010年美国NIST(国家标准与技 术研究院）研制出了用于现场检测气溶胶和二氧化碳的标准光声光谱装置。另外，有基于 光声光谱的多种气体（包括二氧化碳和甲烷）检测产品问世，比如芬兰公司GASERA生产的 PA201，德国 Schiitz GmbH公司的 SPA-ANALYZER，美国 Lma Sense 公司的 INNOVA 1421i 等，基 本上都可以达到ppm以下的灵敏度。国外利用光声光谱法监测温室气体技术已经较成熟， 并且已经在现实中进行了很多应用。国内也有很多人在研究这方面的应用，2008年安徽光 机所用主波长为I. 573um的DFB激光器探测二氧化碳浓度，检测极限灵敏度为30ppm。中科 院电子学研究所用主波长为10. 303um的C02激光器探测二氧化碳浓度，灵敏度为2. 67ppm， 中科院半导体所用DFB-QCL主波长为7. 6um的激光器检测甲烷浓度，灵敏度为0. 19ppm。总 体来讲，国内的实验室研究灵敏度可以做到ppm左右，但实际应用极少，市场上的检测仪器 大多基于NDIA原理。中国专利授权
【发明者】张建锋, 潘孙强, 陈哲敏, 林晓露 申请人:浙江省计量科学研究院