[发明专利]用于含氮气体化合物检测的低成本设备

说明书

技术领域

本发明涉及含氮痕量气体的检测，尤其涉及一种检测器单元，其使用了将含氮化合物转换成二氧化氮的转化器，以及涉及一种低成本小型二氧化氮(NO₂)检测器，其包括蓝光半导体激光器和石英增强光声传感器。

背景技术

2003年9月2日公布的James R.Mault的美国专利6612306“RESPIRATORY NITRIC OXIDE METER”公开了一种用于检测沿流动路径流动的呼吸气体的气体组分的呼吸气体表，将该专利引入作为参考。如该参考文献中所详述，在具有哮喘和其它肺炎病症的病人，以及具有反应性气道病症的病人中，一氧化氮的自生成量增加。Mault引述了1999年7月13日公开的Alving等人的美国专利5922610“SYSTEM TO BE USED FOR THE DETERMINATION OFNO LEVELS IN EXHALED AIR AND DIAGNOSTIC METHODSFOR DISORDERS RELATED TO ABNORMAL NO LEVELS”，讲授在例如过敏性哮喘和鼻炎的气道炎症疾病、人体呼吸道感染和支气管扩张(Kartagener综合症)、以及胃部紊乱的诊断中使用一氧化氮测量，此处将该专利引入作为参考。Mault还引述了一氧化氮检测在医学诊断上的其它用途。

除了为了医学诊断而检测一氧化氮之外，用于测量通称为NOx的各种氮氧化物浓度的检测器被用来检测包括车辆排放的环境浓度，并且用于工业处理控制。在增加安全性考虑方面，还可以将一氧化氮检测器用来检测爆炸材料。

美国专利6612306(Mault)公开了多种用于检测一氧化氮的技术，包括检测通过辐射从气体发出的荧光，检测微观机械结构上的共振变化，以及检测当在气流中引入臭氧时的化学发光。

2002年12月12日公布的Rosario C.Sausa的美国专利6160255“LASER-BASED PHOTOACOUSTIC SENSOR AND METHODFOR TRACE DETECTION AND DIFFERENTIATION OFATMOSPHERIC NO AND NO₂”公开了双激光光声传感器，其利用约227nm和454nm的脉冲可调激光来激发气体，然后检测从受激发的一氧化氮和二氧化氮释放的热量所生成的声学效应。吸收约227nm的UV辐射的一氧化氮和吸收约454nm的可见辐射的二氧化氮导致了该激发。

除了UV的吸收之外，一氧化氮还在中红外光谱具有吸收特征。然而，在UV以及中红外范围内的组件成本比可见光范围内对应的组件成本贵多个量级，因此用于一氧化氮光声传感的组件的成本目前不适于提供低成本一氧化氮检测器。在美国专利6160255(Sausa)中，经由镜结构来选择性地使用倍频晶体和波长补偿器从454nm激光导出227nm激光。在从454nm辐射到227nm辐射的转化中，剩余不到1％的功率，这导致了在UV中检测灵敏度的显著下降。另一方面，由于可见光谱区中的组件在例如光存储设备(CD、DVD)和发光设备的高容量应用中得到持续开发，所以这些可见光谱区组件的成本持续降低。

如果可以提供低成本的一氧化氮检测器，那么每个医生的办公室都可以配备便于肺部和其他生理疾病的检测和诊断的诊断工具，并且可以向哮喘病人提供家用监视设备。低成本NO_x传感器还可以用于持久/连续的汽车废气监视和空气质量监视。类似地，还可以将低成本一氧化氮检测器提供给办公大楼、火车站、飞机场以及其它潜在恐怖目标处的安全人员。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于含氮气体检测的低成本、紧凑、高灵敏性的检测器。本发明更进一步的目的是提供一种使用光声技术的检测器。

通过使用了在蓝-紫-绿光波长范围内发光的半导体激光器或发光二极管以及具有共振拾音单元的窄带光声传感器的系统来实现这些目的。通过二氧化氮在蓝-紫光波长范围内的吸收对其直接进行检测，而将其它含氮化合物化学转化成二氧化氮，之后对所生成的二氧化氮的量的光敏传感。优选使用表面化学氧化单元，利用例如高锰酸钾(KMnO4)过滤器或者铂(Pt)催化单元来将一氧化氮转化成二氧化氮。

附图说明

根据实例并且参考附图来进一步详细说明本发明，在附图中：

图1是根据本发明的示例性光声二氧化氮检测器的示意图；

图2A示出了根据本发明的，适于对气体混合物中的含氮化合物进行检测的检测单元的示例性框图；