[发明专利]一种TDLAS气体检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种TDLAS气体检测方法及系统。

背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）分析方法，是常用的气体分析方法，主要是利用半导体激光器的可调谐和窄线宽特性，通过选择待测气体的某条特定的吸收光谱线进行测量，可排除其他气体的光谱的干扰，实现待测气体浓度的快速在线检测。

TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术，激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律公式（1）表述：

A=lg(1/T)=Kbc       (1)

其中，A为吸光度，T为透射比，是投射光强度比上入射光强度；c为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度，吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。公式（1）表明气体浓度越高，对光的衰减越大。因此，可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。

TDLAS激光气体分析过程中，由可调谐半导体激光器光源输出的激光，经过光纤传输至气室。气室有一个进气口和一个排气口，待测气体由进气口输入，由排气口排出。激光逆着待测气体流动的方向射入，接收从气室出射的激光，分析出射激光的光谱，即可检测待测气体的浓度。如图1所示。

标准气室水平摆放，与激光入射的方向一致。当静态标准气室中装的是比重不同的混合气体时，由于地球引力，混合气体自身密度不同，会出现分层现象，造成无法保证激光光束可以通过所有气体的吸收层，所以当激光照进标准气室的时候，激光光束有可能只能照射到一部分气体的吸收层，导致气体检测时出现漏层或者无法检测到所要检测的气体，这样测量出的气体浓度值误差大或者测量结果错误。

比如：标准气室中充有氨气和氮气两种混合气体。在标准状况下，氨气的密度是0.75893g/L,氮气的密度是1.25g/L，可知，当标准气室水平摆放时，标准气室中氨气会浮在氮气之上，所以激光很可能只照射到单一气体，不能反映真实的氨气和氮气的浓度比。

一般情况下，在实际测量过程中，气室的摆放与标定的水平有一定的角度，如图2所示。所以无法保证激光照射到的气体层与标定的水平情况下照射到的气体层一致，这样测量出来的结果会出现明显的偏差。如图2所示，当气室的摆放与标定的水平有一定角度的偏转（从L倾斜到L1）时，接触到氨气的光程只有DP段,而DP<MN，从而测量的氨气和氮气的浓度值误差大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种TDLAS气体检测方法及系统，激光入射到垂直放置的气室，再接收从激光的入射面出射的激光进行检测，减小由于不同比重的气体在气室中分层所带来的检测的误差。

一种TDLAS气体检测方法，所述方法包括：

半导体激光器出射的线激光入射到传输光纤；

传输光纤出射的线激光入射到全反射镜；

全反射镜将线激光反射后入射到垂直放置的气室；

入射到气室的线激光经第一透镜组反射后从线激光的入射面出射；

分析装置接收垂直放置的气室出射的线激光进行检测。

可选的，所述传输光纤出射的线激光入射到全反射镜后还包括：

全反射镜将线激光反射后入射到第二透镜组扩束成带状激光；

则全反射镜将线激光反射后入射到垂直放置的气室；入射到气室的线激光经第一透镜组反射后从线激光的入射面出射；分析装置接收垂直放置的气室出射的线激光进行检测为：

第二透镜组出射的带状激光入射到垂直放置的气室；

入射到气室的带状激光经第一透镜组反射后从带状激光的入射面出射；

分析装置接收垂直放置的气室出射的带状激光进行检测。

可选的，所述全反射镜将激光反射后入射到第二透镜组扩束成带状激光包括：

全反射镜将线激光反射后入射到凹透镜，线激光经所述凹透镜折射后出射光为发散的线激光；

凹透镜出射的发散的线激光入射到圆柱透镜的侧面，发散的线激光经所述圆柱透镜汇聚后出射光为带状激光。

可选的，所述入射到气室的带状激光经第一透镜组反射后从带状激光的入射面出射包括：

入射到垂直放置的气室的带状激光经第一透镜组反射一次后从带状激光的入射面出射；

或者，

入射到垂直放置的气室的带状激光经第一透镜组反射多次后从带状激光的入射面出射。

一种TDLAS气体检测系统，所述系统包括：

半导体激光器、传输光纤、全反射镜、垂直放置的气室、第一透镜组以及分析装置；