[实用新型]反射式的激光在线气体分析仪光路装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学和环保仪器技术领域，特别是涉及一种反射式的激光在线气体分析仪光路装置。

背景技术

激光在线气体分析仪采用可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，简称TDLAS)，通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。

调制光谱检测技术是一种被最广泛应用的可以获得较高检测灵敏度的半导体激光吸收光谱技术，它通过快速调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线的频率范围，然后采用相敏检测技术测量被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。光导体激光的频率一般有两种方法来调谐：一是通过改变半导体激光器的工作温度；另一种是通过改变激光器的工作电流。由于第二种能获得较快的光频率调谐速度，因此半导体激光吸收光谱技术普遍采用给半导体激光器注入一定频率的正弦波电流使激光频率扫描过整条吸收谱线来获得完整的吸收光谱数据。

TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律来表达：

I_v＝I_v,0T(v)＝I_v,0exp[-S(T)g(v-v₀)PXL]

式中，I_v,0和I_v分别表示频率为v的激光入射时和经过压力P，浓度X和光程L后的光强；S(T)表示气体吸收谱线的强度；线性函数g(v-v₀)表征该吸收谱线的形状。

使用较高频率的正弦波来调制激光器的工作电流调制激光的光频率，对调制后的气体透过率作谐波分解，各谐波分量均反映了气体吸收谱线的透过率信息。基于半导体激光吸收光谱技术的仪器一般通过测量二次谐波信号来检测气体浓度：如下式

X=KS2fI0]]>

因此，只需获得二次谐波信号S_2f和激光光强直流分量I₀就可以分析获得被测气体的浓度X，其中比例系数K由标定获得。

激光在线气体分析仪用来进行连续工业过程和气体排放测量，用于恶劣工业环境，如钢铁各种燃炉、铝业和有色金属、化工、石化、水泥、发电、烟划草加工、废水处理和垃圾焚烧，现有激光在线气体分析仪灵敏度差、检出限高；当现场振动较大时会影响探测器信号的接收，振动过大时无法接收信号，需要技术人员重新调试，费时费力；在高粉尘、高颗粒工况下受背景干扰严重，无法正常工作；光学元器件多，安装调试复杂，需专业人员进行光路调试。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种可用来在线测量NH3、O2、H2O、CO、CO2、NO、HCl、HF、CH4等气体的浓度；不受背景气体干扰，能有效消除现场振动对光路的影响的反射式的激光在线气体分析仪光路装置。

根据本实用新型实施例的反射式的激光在线气体分析仪光路装置，包括依次连接的激光发射接收单元、去背景单元、在线监测单元和激光反射单元；

所述激光发射接收单元包括，可调谐激光器、楔形镜一、参比池、探测器一、探测器二和探测器三，所述参比池及所述探测器一的主光轴方向与所述可调谐激光器发出激光的方向关于所述楔形镜一的第一表面的法线对称，所述激光经所述楔形镜一的第一表面反射形成第一路反射光，所述第一路反射光经过所述参比池进入所述探测器一，所述激光经过所述楔形镜的第一表面折射后的激光经所述楔形镜的第二表面反射形成第二路反射光，所述第二路反射光通过所述楔形镜的第一表面折射进入所述探测器二，激光发射接收单元中采用楔形镜一的目的主要有两个：一是可以使激光经过楔形镜一的第一表面和第二表面反射后的激光分居在入射激光光束的两侧，便于第一路反射光经参比池进入探测器一这一光路光学元件及第二路反射光进入探测器二这一光路元件的安装；二是可以避免激光在楔形镜一的两个平面之间多次反射的光束光路重合，发生etalon(多光束干涉)现象；