[实用新型]开放式痕量气体监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及痕量气体监测技术，具体是一种开放式痕量气体监测系统。

背景技术

近代以来，大量的痕量气体被排放到大气中，带来了日益严重的环境和气候问题（包括温室效应、酸雨、臭氧层减薄等）。因此，实时、大面积地对大气中的痕量气体进行开放式监测（包括定性辨识和定量分析），对于解决环境和气候问题具有十分重要的意义。在现有技术条件下，痕量气体的开放式监测主要是通过傅立叶红外光谱仪或基于TDLAS技术的红外气体传感器来实现的。其中，傅立叶红外光谱仪具有监测类型多、可靠性高的优点，但其存在如下问题：其一，为了获取较高的灵敏度，其探测器部分需要用液氮冷却，导致其存在成本昂贵、体积庞大笨重、不便携带的问题。其二，其进行光谱扫描和数据计算需要耗费很长时间，导致其存在数据处理速度慢的问题。基于TDLAS技术的红外气体传感器具有灵敏度高的优点，但其需要采用锁相放大等硬件设备，导致其存在结构繁琐、监测距离短的问题。基于此，有必要发明一种全新的痕量气体监测系统，以解决现有痕量气体监测系统成本昂贵、体积庞大笨重、不便携带、数据处理速度慢、结构繁琐、监测距离短的问题。

发明内容

本实用新型为了解决现有痕量气体监测系统成本昂贵、体积庞大笨重、不便携带、数据处理速度慢、结构繁琐、监测距离短的问题，提供了一种开放式痕量气体监测系统。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：开放式痕量气体监测系统，包括量子级联激光器、碲镉汞探测器；其中，量子级联激光器的出射端与碲镉汞探测器的入射端之间设有由扩束准直镜和会聚透镜依次串接而成的光路；量子级联激光器的外壳上固定安装有可见光点式激光器；碲镉汞探测器的外壳上固定安装有瞄准板；可见光点式激光器的出射端与瞄准板的板面正对。

工作时，将本实用新型所述的开放式痕量气体监测系统置于开放空间中。具体工作过程如下：量子级联激光器发出激光。所发出的激光经扩束准直镜进行扩束。扩束后的激光穿过开放空间，然后经会聚透镜进行会聚。会聚后的激光入射到碲镉汞探测器。在穿过开放空间的过程中，特定波长的激光被开放空间中的痕量气体所吸收，使得入射到碲镉汞探测器的激光形成吸收光谱。根据该吸收光谱，即可对开放空间中的痕量气体进行定性辨识和定量分析，由此实现痕量气体的开放式监测。在此过程中，可见光点式激光器发出可见光。所发出的可见光作为引导光入射到瞄准板上，其作用是引导激光准确入射到碲镉汞探测器，以保证监测的准确性。基于上述过程，与傅立叶红外光谱仪相比，本实用新型所述的开放式痕量气体监测系统具有如下优点：其一，本实用新型所述的开放式痕量气体监测系统通过采用碲镉汞探测器，并利用碲镉汞探测器灵敏度较高的特点，使得探测器部分无需用液氮冷却，即可获取较高的灵敏度，由此使得成本更低廉、体积更小巧轻便、更便于携带。其二，本实用新型所述的开放式痕量气体监测系统通过采用碲镉汞探测器，并利用碲镉汞探测器响应速度快的特点，使得光谱扫描和数据计算耗时更短，由此使得数据处理速度更快。与基于TDLAS技术的红外气体传感器相比，本实用新型所述的开放式痕量气体监测系统无需采用锁相放大等硬件设备，即可实现痕量气体的开放式监测，由此使得结构更简单、监测距离更长。综上所述，本实用新型所述的开放式痕量气体监测系统基于全新结构，有效解决了现有痕量气体监测系统成本昂贵、体积庞大笨重、不便携带、数据处理速度慢、结构繁琐、监测距离短的问题。

进一步地，还包括数据采集卡；数据采集卡的信号输入端与碲镉汞探测器的信号输出端连接。工作时，数据采集卡对吸收光谱进行采集，并根据采集到的吸收光谱，同时结合浓度反演算法，对开放空间中的痕量气体进行定性辨识和定量分析，由此进一步提高了监测的准确性。

本实用新型结构简单、设计合理，有效解决了现有痕量气体监测系统成本昂贵、体积庞大笨重、不便携带、结构繁琐、监测距离短的问题，适用于工业检测、环境监测、矿场气体分析等各种场合的痕量气体监测。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-量子级联激光器，2-碲镉汞探测器，3-扩束准直镜，4-会聚透镜，5-可见光点式激光器，6-瞄准板，7-数据采集卡。

具体实施方式

开放式痕量气体监测系统，包括量子级联激光器1、碲镉汞探测器2；其中，量子级联激光器1的出射端与碲镉汞探测器2的入射端之间设有由扩束准直镜3和会聚透镜4依次串接而成的光路；量子级联激光器1的外壳上固定安装有可见光点式激光器5；碲镉汞探测器2的外壳上固定安装有瞄准板6；可见光点式激光器5的出射端与瞄准板6的板面正对。