[发明专利]红外气体分析设备及其分析方法

说明书

本发明提供了红外气体分析设备及其分析方法，包括红外光源、对红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的红外光源发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从参考气室或吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与探测装置相连并将电信号输出的外接电路，探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，其探测从参考气室或吸收气室出来的红外光束，并得出相应的电信号。从而提高了测量分析的灵敏度、缩短了响应时间以及提高了测量精度；并且为设备的微型化、便携化提供了有利条件。

技术领域

本发明涉及红外气体分析技术领域，具体涉及一种红外气体分析设备及其分析方法。

背景技术

气体的分子振动具有分立的能级，如果红外光子能量等于分子振动两个能级差，则分子吸收这种特定频率的光子，能级发生跃迁，振动能级能从低能级跃迁到高能级。这种被吸收光的特定波长或者特定频率称作是这种分子的特征吸收波长或者特征吸收频率。气体分子吸收波段大多处在近中红外波段(0.75um-12um)。气体吸收光的规律满足朗道-比伯定律。

传统的红外气体分析仪，常常面临着一个严重的问题，就是气体之间的串扰。也就是在探测一种气体时，由于光源的非单色性，待测气体A中混入的其他的气体B也会吸收待测气体A对应的特定波长附近波长的红外光。同样，待测气体B中的气体A也会吸收气体B对应的特征波长附近波长的红外光，这就导致测量精度不精确。

气体分析仪中气体经过红外吸收到达光电传感器，由光电传感器测出其浓度大小。在传统的气体分析仪中，光电传感器反映时间长，灵敏度低，而且仪器中吸收气室较长，以能够有足量的光被吸收，所以体积较大，不便于携带。这主要是因为所用光电材料的迁移率低等因素造成的。

因此，对气体分析仪的研究至关重要，从而将其体积减小，同时提高探测灵敏度。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种红外气体分析设备及其分析方法，从而提高探测灵敏度，缩小设备体积。

为了实现上述目的，本发明提供了一种红外气体分析设备，包括红外光源、对所述红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的所述红外光源所发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收所述红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从所述参考气室或所述吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与所述探测装置相连并将所述电信号输出的外接电路，其中，

所述探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，由其探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述红外光束，并得出相应的电信号。

优选地，所述光电导红外传感器件由单层石墨烯和所述单层石墨烯上的量子点膜构成。

优选地，所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光；所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号。

优选地，所述窄带红外光源采用量子点光电二极管发出单色窄带红外光。

优选地，所述窄带红外光源采用分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管，由石墨烯和量子点构成的所述光电导红外传感器件中采用分别具有不同吸收波长的量子点材料；所述光电导红外传感器件中所采用的量子点材料与所述多个光电二极管中所采用的量子点材料分别一一对应相同。

优选地，所述窄带红外光源还包括可转动窄带光源板，所述分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管位于所述可转动窄带光源板上。

优选地，所述窄带红外光源采用广谱光源经单色窄带滤光片后得到单色窄带红外光。

优选地，所述窄带红外光源由广谱光源和可转动的滤光板构成，所述滤光板包括分别具有不同波长的多个所述单色窄带滤光片。