[实用新型]基于光学吸收和干涉法检测气体浓度的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气体浓度检测领域，尤其涉及一种基于光学吸收和干涉法检测气体浓度的装置。

背景技术

当前污染源和大气中特定气体检测中，基于光学吸收原理进行检测的仪器基本上都是基于朗伯-比尔定律的。其原理是通过检测特定波长的光经过样气后，部分光能量被样气中的特定组分吸收，首先利用光电检测器检测出光源发出的光的初始能量作为参比光，然后检测出经过样气吸收后的出射光能量，和参比光进行比对计算后可以计算出样气对特定波长的吸光度。不同气体的吸收波长不同，根据朗伯-比尔定律，吸光度大小和样气中与波长对应的有害气体组分的浓度成正比，因此通过测量计算出特定波长的吸光度变化可以计算出对应的有害气体浓度。

随着人们环保意识的增强，以及对有害气体危害的深刻认知，气体浓度的检测要求也越来越高，检测设备需精确的检测出更低含量气体的浓度值。然而， 当样气中的待测气体浓度较低时，气体吸光度很小，因此被吸收的光能量占比很小，即被测气体浓度信息光信号能量占比小，而光谱仪的灵敏度、动态范围和信噪比有限，以至于被测气体吸收的光能量数值上接近光谱仪本身的噪声大小，被测气体产生的光电信号的信噪比很低，所以能够实现的气体浓度检出限高，而浓度分辨率低，难以满足目前环境监测对污染物浓度提出的更低检出限和更高分辨率的要求。

实用新型内容

本实用新型针对上述的技术问题，提出一种基于光吸收原理，并结合干涉法的气体浓度检测装置，该装置在采用现有光电检测器的状况下，可极大的提高检测仪器的分辨率和检出限性能，有效检测低含量气体的浓度。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于光学吸收和干涉法检测气体浓度的装置，包括光发射器、分光镜、参比气室、样气气室、全反镜及光电检测器，所述光发射器发射入射光与分光镜呈45°，经分光后分为反射光和透射光，两束光分别照射参比气室和样气气室后，经设置在气室后的反光镜反射回分光镜，合束后同方向射出的两束光产生干涉，光电检测器检测零级条纹处光线强度。

作为优选，所述分光镜光入射面设置有半反半透膜，所述反射光光路上设置有补偿镜。

作为优选，所述光发射器发射的光为红外光、可见光或紫外光。

作为优选，所述光电检测器为光谱仪，检测不同波长的光强度。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、本实用新型所述的检测气体浓度的装置相比于现有的吸光度发检测气体浓度的方法，大大提高了光电检测器接收到的光信号中气体浓度信息的能量占比，在采用相同光电传感器的情况下，能够大幅度提高检测气体的分辨率和检出限性能1个数量级以上，从而获得更低的检出限和更高的分辨率。

2、相比于现有的低浓度检测方法荧光法或者离子色谱法，本实用新型实时性好，能够快速检测特定气体浓度，并且结构较为简单，能够实现便携式测量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

上各图中：1、光发射器；2、分光镜；3、半反半透膜；6、参比气室；7、进气口；8、出气口；9、样气气室；10、反光镜A；11、反光镜B；12、光电检测器；13、补偿镜。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和实施例做具体说明。

实施例1：一种基于光学吸收和干涉法检测气体浓度的方法，包括以下步骤：

1、将连续光谱光源发射的入射光a呈45°照射在入射面设置有半反半透膜的分光镜上；

2、入射光a经半反半透膜分为能量相等的反射光r和透射光t。由波动理论可知，入射光在光疏媒质中前进，遇到光密媒质界面时，在反射过程中产生半波损失。由于半反半透膜的折射率大于空气折射率，入射光a经空气进入半反半透膜在入射点发生反射，因此反射光r产生半波损失。

3、反射光r和透射光t分别照射容纳在相同气室内的参比气体和样气气体，气室后设置有全反镜，参比气体采用对光源无吸收的气体，如高纯氮气。

4、反射光r和透射光t分别经全反镜反射后再次经过气室，照射在分光镜上，r经分光镜后的透射光r’，与t经分光镜后的反射光t’合为同一束光。由于半反半透膜的折射率小于分光镜本体的折射率，因此t经分光镜后的反射光t’没有半波损失，并且反射光路和透射光路光学条件相同，因此r’与t’的位相相反。