[发明专利]一种基于可变光程多积分球的气体检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种基于可变光程多积分球的气体检测装置，其特征在于，包括：

多积分球外壳；

多积分球，通过多个相同的单积分球串联设置在所述多积分球外壳内，每个所述单积分球之间的连接处设置有积分球连接口，所述积分球连接口上设置有光阑，用于控制积分球连接口的开闭；每个所述单积分球上设置有进光口和入气孔，位于首端的单积分球上还设置有出光口和出气孔，所述进光口的开设方向与所述出光口的开设方向垂直，所述积分球连接口的开设方向与所述出光口的开设方向处于同一条直线上，所述单积分球内壁设有漫反射涂层；

光源，设置在所述进光口外；

光谱仪，通过光纤与所述出光口连接。

2.根据权利要求1所述的基于可变光程多积分球的气体检测装置，其特征在于：所述多积分球包括依次串联设置的第一积分球、第二积分球、第三积分球，所述第一积分球上设置有所述出光口和出气孔，所述第一积分球与第二积分球之间设置有第一光阑，所述第二积分球与第三积分球之间设置有第二光阑。

3.根据权利要求2所述的基于可变光程多积分球的气体检测装置，其特征在于：所述入气孔的开设方向与出气孔的开设方向处于同一条直线上。

4.根据权利要求2所述的基于可变光程多积分球的气体检测装置，其特征在于：所述入气孔外侧设置有气阀，所述出气孔外侧设置有出气阀，用于控制积分球的进气与出气。

5.根据权利要求2所述的基于可变光程多积分球的气体检测装置，其特征在于，所述积分球的内径为40mm，积分球中的漫反射涂层的反射率为98％。

6.根据权利要求2所述的基于可变光程多积分球的气体检测装置，其特征在于，所述多积分球的内壁涂有的漫反射涂层为聚四氟乙烯涂层。

7.基于权利要求2所述基于可变光程多积分球的气体检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据待测气体的大致浓度，决定使用多积分球中的单积分球数量，并调节对应的光阑大小，改变多积分球的光程；

S2，将对应积分球的入气孔与待测气体容器通过气阀连接，出气孔与排气装置通过出气阀连接，并保持气阀、出气阀关闭；

S3，通过光纤将多积分球中的出光口和光谱仪连接，获得暗光谱数据；

S4，将光源对准对应积分球的入光口，打开光源并调节光源，设置光谱仪积分时间后，将测出的数据减去暗光谱数据，得到原始波长数据S；

S5，打开气阀，向积分球腔中通入待测气体，待光谱曲线稳定后记录气体的吸收波长数据Sd；

S6，根据公式A(λ)＝log(S/Sd)得到气体的吸光度数据A(λ)，其中λ为波长，根据已知的吸收截面数据，积分球的有效光程长度L和实验测得的吸光度数据A(λ)，由公式c＝A(λ)/σ(λ)L求得该气体的浓度，其中c为气体浓度，λ为波长，A(λ)为气体在λ波长的吸光度，σ(λ)为气体在λ波长的吸收截面，L为有效光程长度；

S7，打开出气阀，将积分球中的气体排出。

8.根据权利要求7所述的步骤S1中基于可变光程多积分球的气体检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：

S11，待测气体浓度已知大致范围，则将

浓度范围高于400ppm的气体使用一个积分球进行检测；

浓度范围为50-400ppm的气体使用两个积分球进行检测；

浓度范围为低于50ppm的气体使用三个积分球进行检测；

S12，待测气体浓度不确定时，则使用一个单积分球进行测试，并观测光谱曲线的下降程度；

S13，在待测气体的吸收波长位置，如果测试发现经过气体吸收后，与未经气体吸收的光强相比，光强的下降程度在10％以内，则认为其下降程度不明显，并增加一个积分球再次测试，最多为三个积分球进行测试；

S14，重复步骤S13直至光谱曲线的下降程度超过10％时，保持该积分球的使用数量进行检测。