[发明专利]一种多次增强光谱高精度氨气检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种多次增强光谱高精度氨气检测装置，包括：激光发射器(1)、增强反射镜(3)、吸收腔(4)、聚焦透镜(5)、光电探测器(6)、锁相放大模块(8)和数据处理模块(9)，其特征在于：所述增强反射镜(3)镜面朝向吸收腔(4)，中心设有进光孔，表面设有镀金反射膜；所述吸收腔(4)由一对镜面相对的平面反射镜(41)和平凹反射镜(45)组成；所述增强反射镜(3)直径为Φ₁，平面反射镜(41)直径为Φ₂，增强反射镜(3)到平面反射镜(41)的距离为l，Φ₁/Φ₂≤0.2，l≤0.5Φ₂；所述平面反射镜(41)为双面低损耗高反射率平面反射镜，平凹反射镜(45)为双面低损耗高反射率反射镜，正面是凹面，反面是平面；所述平面反射镜(41)到平凹反射镜(45)的距离为L，平凹反射镜(45)的曲率半径为R，L≤R；所述激光发射器(1)输出激光射入增强反射镜(3)的进光孔，在增强反射镜(3)和平面反射镜(41)之间形成多次反射，并多次微斜射入至吸收腔(4)内，在吸收腔(4)内多次反射与待测氨气作用后射出，经过聚焦透镜(5)聚光后被光电探测器(6)接收转换为电信号，电信号经锁相放大模块(8)传入数据处理模块(9)。

2.根据权利要求1所述的一种多次增强光谱高精度氨气检测装置，其特征在于：平面反射镜(41)和平凹反射镜(45)的镜面连接有气帘(42)，气帘(42)为圆管状，平面反射镜(41)和平凹反射镜(45)分别嵌入气帘(42)。

3.根据权利要求2所述的一种多次增强光谱高精度氨气检测装置，其特征在于：所述气帘(42)上部设有进气道(421)，进气道(421)连接有若干个出气孔(4212)，气帘(42)下部设有排气道(422)，排气道(422)连接有集气槽(4222)，出气孔(4212)、集气槽(4222)贴近镜面。

4.一种权利要求1所述的一种多次增强光谱高精度氨气检测装置的检测方法，其特征在于：步骤1：建立反演模型满足反演公式：步骤2：对检测装置标定，向吸收腔(4)内分别通入不同浓度的标准氨气，同时实测实时光电信号V_D、实时二次谐波信号V_2f值，取均值对反演公式进行拟合，获得反演公式中的系数k和b；步骤3：激光发射器(1)输出激光射入增强反射镜(3)的进光孔，在增强反射镜(3)和平面反射镜(41)之间形成多次反射，并多次微斜射入至吸收腔(4)内，向吸收腔(4)内通入待测氨气，激光在吸收腔(4)内多次反射，吸收待测氨气后射出，通过聚焦透镜(5)会聚，被光电探测器(6)探测转换成电压信号，锁相放大模块(8)接收后输出V_D和V_2f；步骤4：利用步骤3得到的V_D和V_2f，数据处理模块(9)通过反演公式计算得到待测氨气浓度；

k、b：分别为检测装置标定后的反演公式的斜率和截距，为系统常数；

V_D,b：激光发射器(1)关闭时，锁相放大模块(8)输出的滤除高频成分的原始光电信号，称“偏置光电信号”；

V_D0：激光发射器(1)打开时，吸收腔(4)内无待测氨气时，锁相放大模块(8)输出的滤除高频成分的原始光电信号，称“初始光电信号”；

V_D：激光发射器(1)打开时，吸收腔(4)内含待测氨气时，锁相放大模块(8)输出的滤除高频成分的原始光电信号，称“实时光电信号”；

V_2f,b：激光发射器(1)打开时，吸收腔(4)内无待测氨气时，锁相放大模块(8)输出的二次谐波信号，称“初始二次谐波信号”；

V_2f：激光发射器(1)打开时，吸收腔(4)内有待测氨气时，锁相放大模块(8)输出的二次谐波信号，称“实时二次谐波信号”；

C_NH3为氨气的浓度大小，即吸收腔(4)内的实测氨气的浓度。

5.根据权利要求4所述的一种多次增强光谱高精度氨气检测装置的检测方法，其特征在于：步骤2中，向吸收腔(4)内依次通入三种不同浓度值的标准氨气，对检测装置标定。