[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

说明书

本发明公开了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，装置包括: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光阑；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；通过设置多积分球能便捷稳定地改变气体检测时的有效光程，解决了单积分球作为气体池无法改变光程的问题，提高其检测不同浓度和不同种类气体的灵活性。

技术领域

本发明涉及光学积分球领域和光学气体检测领域，具体涉及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。

背景技术

当一束光照射到某种气体分子时，对应气体分子的平动、转动、振动、电子跃迁所需能量的特定波长的光能量会被气体分子吸收，导致光谱曲线发生变化，形成此气体的吸收光谱，通过郎伯-比尔定理分析光谱曲线变化，即可推得气体分子的种类和浓度。遵循郎伯-比尔定理的光学气体检测方法对光线与气体接触的光程长的要求很高，传统的长光程气体池有基于多次反射的赫里奥特池和怀特池，但他们都拥有镜面加工精度要求高、光程调节复杂、操作要求精细、造价昂贵以及不易携带等问题。

漫反射积分球是通过将高漫反射系数的材料涂在内壁上形成球状空腔，进入积分球的光在内壁涂层多次反射的过程中被气体吸收，达到利用小空间获得较长的有效光程的目的，相比于其他的长光程气体池，其制作简单，稳定性好，且成本较低。但由于积分球的光程只与积分球的内径和积分球内漫反射面的反射率有关，在直接使用单积分球作为气体检测的腔室时，其光程是无法改变的，这会导致两个问题：对于高浓度气体，如果光程过长，会导致光线在传输过程中，其特定波长的光能量提前被气体池中的气体完全吸收，出现吸收饱和的现象，导致测量高浓度气体的浓度不准确；同样，对于低浓度气体，如果光程过短，气体的光吸收不充分，就会导致信噪比较差，影响测量结果。此外，对于具有不同吸收特性的气体，也需要调节光程来使检测结果更准确，对于特定吸收波长吸收率较大的气体，需要短光程；而对于特定吸收波长吸收率较大的气体，则需要长光程。传统的单积分球气体池无法改变光程的缺点使得其在面对不同种类、不同浓度的气体测量时的效果差别较大，操作复杂，影响工作效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于可变光程多积分球的气体检测装置，该装置相比直接使用积分球作为气体吸收池可以用于检测更多种类和浓度范围的设置气体，并可以保证多积分球调节光程后的性能稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于可变光程多积分球的气体检测装置，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。

作为本发明的一种优选实施方式：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。

作为本发明的一种优选实施方式：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。

作为本发明的一种优选实施方式：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。