[发明专利]检测和测量气体的方法和仪器

说明书

本发明是关于气体检测的装置，具体地说，是指检测和测定低浓度气体的仪器和方法。

用于分析工业过程的各种不同反应产物的分析设备存在一个巨大的和日益增长的需求量。当应用于检测有毒气体时，必需测定那些感兴趣的物质的很低的浓度，一般可低到百万分率。气体浓度的通常测定方法是将周围空气的样品送入光导管，并在特定的红外线波长测量感兴趣的特定分子的吸收量。由于该分子的浓度可能相当低，故所要测定的红外线的吸收量也很低。为了增大吸收量，一般都使用很长的长程光导管，采用镜间多次反射法，有效光程长度可长到20米。该法的缺点是多程光导管昂贵、体积大和沉重。因此它不适合于应用此类设备所希望的轻便可携的要求，以期符合美国职业安全及卫生管理局（OSHA）关于车间内气体允许浓度规定中的要求。

用于气体测定的这种光导管只有这一种在市场上可以买到。用这种光导管必需首先注满经过滤的空气，以制定“基准”吸收，然后抽空，再注入周围的空气，对吸收进行二次测定，并把两次测定的吸收值进行比较以确定感兴趣的气体的吸收。这种程序显然是很费时间的，在多次测定之间由于电子的漂移很容易产生误差。如果要测定的气体浓度很低，两次测定之间理论上的差别也是很小的。为了产生一个小的差值信号必须把两个大的光辐射值相减，任何大的红外线辐射值中的漂移将掩盖真实的吸收值。

应用目前市售仪器的方法中另一个缺点是要用干涉滤色盘将红外线光源调谐至用于吸收测量的适当波长，尽管干涉滤色盘能达到这种测定所需的红外的高能量通过量，但在红外特定波长上取得的分辨力极低，这就导致了各种气体的干涉吸收，进而引起了测量误差。

根据本发明用于检测一个气体样品中某一选定物质的仪器包括：一个光-声检测器，该检测器包括用于限定密封室的器壁，密封室带有阀门，它与器壁相连，以使气体样品进入和排出该室，用于检测所述室内声激波的装置，密封室的相对侧面上开有窗口，可使红外射线通过;一个与光-声检测器相连的红外线辐射源，在红外辐射源内有一束窄频带的脉冲红外辐射线直接通过该室，与室内的气体样品相互作用，当存在所选定的气体时便在密封室内产生一个脉冲声激波;一个声-光可调滤光器，置于光-声检测器及红外线辐射源装置之间，它包括光调节的声-光晶体，红外射线从其中通过，与可变频能源及声-光晶体相连的声传感器，在晶体内发射声波，以便与红外线辐射所选定的窄频带部分相互作用，使这一部分与其余的红外辐射线相互区分，该窄频带部分是射频能量和发射到上述晶体的声波频率的函数。

本发明的一个目的是为检测和测量极低浓度气态物质而提供一种改进的仪器，并为检测和测量气态物质提供一种方法。

本发明的另一个目的是提供一种紧凑的、便携式的气体检测和测量设备，以符合美国职业安全及卫生管理局关于有毒物质测量的规定。

极方便的是，密封室壁包括检测室内声激波的装置，在密闭室的相对侧面开有窗口，红外线可从中通过。红外辐射源与光-声检测器相连，提供通过该室的红外射线。声-光可调滤光器（AOTF）置于光-声检测器和红外辐射源之间。声-光可调滤光器包括一个光调节的声-光晶体，红外射线以相对于晶体光轴成一预定的角度通过该晶体。声传感器与可变频能量源及声-光晶体相连，以便向晶体内发射声波，使之与一个选定的红外线窄频带部分相互作用。声波与红外射线的相互作用可使选定的窄频带部分与其它的红外射线相互区分。窄的频带部分是射率能量的频率和声波的函数。所选定的红外射线窄频带部分直接通过密封室的窗口，与该室内的气体样品相互作用，在密封室内有这种预定的气体时这种相互作用便产生了声激波。

以下用实例叙述本项发明，可参见气体检测器的一个实施方案的简要示意图。