[实用新型]基于量子级联激光器的二氧化碳同位素光声光谱检测装置

说明书

本实用新型公开了一种基于量子级联激光器的二氧化碳同位素光声光谱检测装置，包括量子级联激光器(1)、激光器驱动模块(2)、锁相放大模块(3)、麦克风(4)、数据采集处理模块(5)和光声池(6)。本实用新型将量子级联激光器结合光声光谱技术应用于二氧化碳同位素检测，充分利用气体分子对中红外光吸收强和光声光谱气体检测技术灵敏度高、实时性好的优点，在保证检测精度的同时，简化设备，减低成本，以解决CO₂稳定同位素检测领域，色谱和质谱法设备体积庞大、实时性差，光腔衰荡和离轴积分腔输出技术工程实现技术难度大、造价高的问题。

技术领域

本实用新型涉及气体检测领域和光传感领域，特别涉及一种基于量子级联激光器的二氧化碳同位素光声光谱检测装置。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是碳元素氧化的重要形式，是动植物新陈代谢的重要产物，是大气组成的一部分，CO₂也包含在某些天然气或油田伴生气以及碳酸盐形成的矿石中。因此，CO₂气体同位素比值(δ¹³C)检测技术在生态环境、地质能源、大气气候和全球碳循环方面等领域都具有广泛应用需求。

传统的CO₂稳定同位素检测方法主要有色谱法、质谱法，对应仪器为同位素色谱仪和质谱仪。色谱和质谱方法虽具有较高的灵敏度和选择性，但色谱检测十分耗时，质谱检测体积十分庞大，并且需要经过样品采集、储存和预处理，实验室分析等过程，整套分析过程复杂耗时，难以获取现场样品的同位素数据。

激光光谱技术的出现，为现场快速测定同位素提供了可能，该项技术是基于连续波长的红外光谱被待测气体吸收之后的红外吸收光谱来定量分析待测气体含量和同位素组成，具有设备简单、分析速度快、便携、易操作、易安装维护等优点，并且目前随着光谱相关技术及工艺水平的发展，精度也可以达到质谱或色谱同位素分析仪的水平甚至更高，成为一种非常有效的新型稳定同位素分析手段之一，目前用于二氧化碳同位素检测的激光谱技术主要有光腔衰荡和离轴积分腔输出光谱技术，但两种技术的吸收腔工程实现技术难度大，造价高，使得整套设备价格昂贵。

量子级联激光器是基于子带间电子跃迁的新型半导体激光器，其激射波长对应于中红外波段，气体分子在中红外波段吸收强度比在近红外强2-3个量级，因此量子级联激光器在高灵敏度气体检测方面具有独特优势，非常适合于二氧化碳同位素检测应用，采用量子级联激光器能保证检测精度的同时，缩短光程，简化设备。此外，光声光谱气体检测技术具有灵敏度高、实时性好等优点，在工业领域具有极大的发展潜力。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型旨在提供一种基于量子级联激光器的二氧化碳同位素光声光谱检测装置，解决现有二氧化碳同位素检测的技术实现难度大，造价高的问题。

(二)技术方案

本实用新型提供一种基于量子级联激光器的二氧化碳同位素光声光谱检测装置，该装置包括：量子级联激光器1、激光器驱动模块2、锁相放大模块3、麦克风4、数据采集处理模块5和光声池6，其中，

光声池6侧壁上有一进气管和一出气管，在进气管中通入¹²CO₂和¹³CO₂的混合气体，该混合气体经过光声池6在另一侧的出气管处排出；

激光器驱动模块2连接于量子级联激光器1，用于为量子级联激光器1施加正弦波调制的锯齿波驱动电压，使量子级联激光器1激射波长扫过光声池6中¹²CO₂和¹³CO₂的吸收峰；

量子级联激光器1位于光声池6的长轴线上，沿长轴方向发出激光进入光声池6；