[发明专利]基于分立光学池组的气体分析装置及其气体分析方法

说明书

本发明提供了一种基于分立光学池组的气体分析装置及其气体分析方法，包括：宽带光源，发射覆盖多组分气体吸收谱线的光束；可为紫外光源或红外光源；多面反射锥，用于反射宽带光源发射的光束；分立光学池组，包括N个不同反射光程的分立光学池组合，其中一个参比光学池；探测器组，有不同波段截止的透镜的光电探测器。本发明创新性地采用多面反射锥对宽带光源的光束进行均匀分束，入射到由多个分立光学池的组合气体池中，实现了一种高集成度的多组分气体监测装置；同时，提出了一种基于分立光学池组的多组分气体分析方法，通过构建多种气体分析模型、建立标定矩阵，通过主成分分析算法实现无交叉干扰，宽浓度范围的多组分气体监测。

技术领域

本发明涉及气体分析技术领域，具体为基于分立光学池组的气体分析装置及其气体分析方法。

背景技术

气体分子的振动和转动频率对应气体的特征吸收波长，如温室气体CO₂，对应4.26um附近有较强的吸收带；有毒有害气体硫化氢(H₂S)，对应2.6um附近有较强吸收带；工业废气排放的氮氧化物(NO₂)和二氧化硫(SO₂),对应220nm附近有较强吸收带。由于大部分气体的特征谱线位于紫外波段(200-300nm)、近红外波段(1.3～1.6um)、中红外波段(3-5um)以及长波波段(8-14um)，故分子光谱检测技术广泛用于环保监测、工业过程控制、有毒有害物泄露报警等领域。

常用的气体监测技术如紫外光谱技术、红外光谱技术在测量多组分气体时，常面临如下问题：

1)被测气体组分间或背景气体干扰；

2)气体池单一，不同气体在光谱段吸收强度不一致，满足一两种被测气体的探测灵敏度，不能保证其他组分气体检测精度；

传统的非色散红外采用机械斩波轮切换滤光片选择不同气体吸收波段，这种方法具有机械运动部件，需经常维护；在多组分气体监测时，需要多个模块组合或多台设备，成本较高。

紫外光谱技术如DUV和UV-DOAS技术，利用吸收特征差分方式处理被测气体及背景间气体干扰，但并不能彻底消除干扰，同时测量多组分气体时，也面临非色散红外相同的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分立光学池组的气体分析装置及其气体分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分立光学池组的气体分析装置，包括：

宽带光源，用于发射覆盖多组分气体吸收谱线的光束；可为紫外光源或红外光源；

多面反射锥，用于反射宽带光源发射的光束；

分立光学池组，包括N个不同反射光程的分立光学池组合，其中一个参比光学池；

探测器组，有不同波段截止膜系的透镜的光电探测器。

进一步的，宽带光源位于分立光学池组的空腔内，并位于多面发射椎的中轴线；其发射的发散光束可均匀的分布在多面反射锥的反射面上；宽带光源距离多面反射锥距离控制在1cm以内，使得在多面反射锥的反射面上形成的光斑直径控制在5～8mm内。

进一步的，多面反射锥可为三角棱、四面棱，及多面棱，可根据被测气体种类，以及背景气体干扰情况来设计；多面反射锥的反射面根据光源不同，可镀紫外增强膜，或者红外反射膜。

进一步的，分立光学池组，围绕多面反射锥设计的数个独立的光学池；

光束通过多面反射椎的反射面入射到每个独立的光学池中，互不影响；

光学池由两个平面镜、或多个平面镜组、或平面镜-凹面反射镜、或两个凹面反射镜组合而成，可形成多次反射，反射光程可设计在15cm～3.2m以内；