[实用新型]用于检测气体浓度的激光光谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于检测气体浓度的激光光谱仪。

背景技术

在已知的光谱仪中(例如SICK股份公司的GM700)，激光二极管的光穿过被测气体，然后被光电二极管检测到。激光二极管的波长被设定到与待确定的气体组分的吸收谱线匹配。通过波长的调制/调谐来采样吸收谱线，并随后传输的信号(发送的信号与接收到的信号之比)被光电二极管采集到。吸收谱线的大小提供了相应的信号估值，根据其可计算出气体浓度。这种方法称之为可调二极管激光光谱法(TDLS)。这里所使用的激光二极管发出的波长为窄线宽，从而能可靠地采样吸收谱线。激光二极管的壳体中安装了珀耳帖元件和温度传感器，其确保系统具有准确的温度稳定性并因此确保系统具有精确的波长稳定性。

为了校准和稳定波长而设置了参考池(Referenzküvette)，其被构造成被永久装填的气体池或流动池，其中装有包含某种气体组分的已知试验气体，所述气体组分在待测波长λ0附近有吸收。借助所述参考池可以一直检测激光二极管的波长位置并将其校准，即可以追踪到激光器的工作点。这可以自动进行，也可以手动进行。由此，激光光谱仪确定在参考池中气体吸收线的位置并用该值再来调节由于老化效应所导致的、可能会缓慢改变的激光波长。这种方法也称之为“线锁定(Line-Locking)”。

此外理想的是，不仅能够将吸收波长λ0的绝对位置识别出来并对其进行再调节，而且还能够对可调谐的波长范围Δλ进行校准。

为此US2013/0341502A1提出，设置填充有试验气体的参考池，所述参考池在可调谐的波长范围必须有至少两个吸收，以便得到关于波长差的值并可用两点校准法来校准波长范围Δλ。但这有多种缺点。一方面在可调谐的波长范围必须有两个吸收，但这种情况并非总是可能的。另一方面必须为每种波长范围，即为每种气体使用一个单独的池或给所述池填充新的气体。这会造成成本高昂而且可能会有泄漏问题。此外，两点校准法只有两个控制点(Stützstellen)。

基于现有技术，本实用新型的任务在于，提供一种经过改进的用来检测气体浓度的激光光谱仪，该激光光谱仪使得能够更加简单且尽可能更好地进行校准。

实用新型内容

此任务通过根据本实用新型所述的特征的激光光谱仪得以实现。

根据本实用新型，设置用于检测气体浓度的激光光谱仪，所述激光光谱仪具有：

-激光器，其在一定宽度的波长范围内是可调谐的，

-测量体积，其中有待测气体，所述待测气体具有在波长范围中的待测吸收，

-第一光检测器，以及

-评估和控制单元，其用于控制激光器并对第一光检测器上检测到的光强度进行评估并从而确定气体浓度，

-用于校准波长范围的宽度的装置，

其特征在于，

-用于校准宽度的装置具有干涉仪，并且

-至少一部分激光被引导通过所述装置且被第一光检测器或另一个光检测器检测到，以及

-评估和控制单元被设计成用于根据所生成的干扰信号推断出对波长范围的宽度进行的校准。

通过如本实用新型所述的用于对波长范围的宽度Δλ，即对激光光谱仪的激光器的调谐范围进行校准的装置，确保了持续监测并根据预期波长走势来控制激光器的波长变化的走势，其中所述校准独立于参考池中的试验气体的吸收线并从而独立于所使用的光谱范围，因为所述校准仅仅以干涉信号为基础。

干涉装置可在没有试验气体时构造，这样一来还额外消除了气体池的所有问题(密封、老化、表面吸附等等)。

通过对在一定波长范围上的激光器调谐(即相对于激光电流来进行激光波长调谐)的持续监测，一旦出现变化则可立即校准，以便延长光谱仪的可用性。如果变化特别大则可立即关闭光谱仪，这样就确保了与安全相关的应用(SIL“安全完整性等级”设备)中的故障安全停机。

根据本实用新型所述的激光光谱仪本身独立校准激光器的老化过程并从而提高测量的可用性，这是因为激光器的老化会被立即识别出来。早在光谱仪发生故障前就可更换激光器，这会提高用户友好性和可靠性。

本实用新型的优选应用领域是TDLS，从而使得激光器为二极管激光器并且有利地在控制或调节电路中通过匹配激光二极管的驱动电流来校准波长范围的宽度。

已知的是为了进行线锁定，即为了在波长范围始终有感兴趣的吸收，而设置有参考气体池以校准在波长范围内的绝对值。