專利名稱：激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及環(huán)境檢測與分析技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景甲烷雖然在空氣中的含量遠遠低于二氧化碳，大約1.6ppm，但是溫室效應(yīng)有26％是由于甲烷引起的，CH4對溫室效應(yīng)的作用是CO2的22倍。大氣中甲烷的含量對于輻射過程和氣候發(fā)展趨勢的研究是特別重要，監(jiān)測地面環(huán)境空氣中甲烷的含量有助于分析大氣中甲烷的來源，能夠為大氣化學的研究提供重要的依據(jù)。
現(xiàn)有的大氣中CH4含量的檢測是采用氣相色譜法，利用試樣中各組份在氣相和固定相間的分配系數(shù)不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反復多次分配，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產(chǎn)生的離子流信號經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰，從而實現(xiàn)對物質(zhì)的分析檢驗。這種方法的缺點是測量時間長，不能實時在線檢測。
實用新型內(nèi)容本實用新型是利用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)與長光程吸收池技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成大氣中CH4含量的實時在線測量裝置?；诳烧{(diào)諧二極管激光吸收光譜學(TDLAS)構(gòu)成的系統(tǒng)具有高靈敏、快速、操作簡單，不需要對樣品進行任何的預(yù)處理的特點，因此被廣泛應(yīng)用于大氣痕量氣體的監(jiān)測中。由于二極管激光器的高單色性，因此可以利用氣體分子的一條孤立的吸收譜線對氣體的吸收光譜進行測量，從而方便地從混合污染成分中鑒別出不同的分子，避免了光譜干擾。
技術(shù)方案激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，包括探測器、參考樣品池、凸透鏡、多次反射樣品池、激光器、多次反射樣品池上安裝有進氣閥門和大氣采樣泵，其特征在于激光器放置在多次反射樣品池的入射光路上，激光器的激光頭對準多次反射樣品池的入射窗片，凸透鏡放置在激光器與反射樣品池入射窗片之間的光路上，探測器放置在多次反射樣品池的出射光路上，探測器與多次反射樣品池的出射窗片之間的出射光路上依次放置有參考樣品池和凸透鏡，探測器的探測頭、參考樣品池的入射窗片及出射窗片、多次反射樣品池的出射窗片在同一光路上。
所述的激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的激光器是1.65μm可調(diào)諧二極管激光器。
所述的激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的出射光路中凸透鏡和探測器的探測頭之間的距離等于凸透鏡的焦距。
本實用新型的原理激光器溫度控制電路將二極管激光器的中心波長調(diào)至甲烷吸收較強的1.65um附近，調(diào)制電路產(chǎn)生的鋸齒掃描電流控制二極管激光器波長掃描，激光器輸出的激光波長隨鋸齒波改變，使得激光波長掃描通過CH4在1.65μm附近的一個吸收峰。為了提高系統(tǒng)的靈敏度，采用二次諧波檢測方法降低1/f噪聲，電流調(diào)制電路輸出的正弦信號加到激光器上，使得激光器輸出的信號受到正弦調(diào)制。激光通過多次反射池多次反射和參考樣品池后由一個焦距為8cm的凸透鏡聚焦到探測器上，應(yīng)用鎖相放大器檢測出吸收后的調(diào)制信號的二次諧波(2f)，送入A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在計算機中應(yīng)用濃度反演方法計算得到痕量氣體的濃度。
本實用新型的效果可調(diào)諧二極管激光器光譜學(TDLAS)技術(shù)和多次反射池結(jié)合構(gòu)成的大氣Ch4實時在線監(jiān)測儀，利用二極管激光器波長掃描特性，多次反射池延長光程，以及諧波檢測方法極大地提高檢測靈敏度，檢測限達到102ppb，先進的光路設(shè)計與定標方法保證了測量的精度。這種方法具有高靈敏度、高選擇性及快速測量等特點。能夠快速準確反應(yīng)出空氣中甲烷含量的變化，完全能夠滿足對環(huán)境空氣中甲烷含量進行長時間連續(xù)實時監(jiān)測的需要。


圖1本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖1，激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，包括探測器1、參考樣品池2、凸透鏡8、凸透鏡10、多次反射樣品池6、大氣采樣泵7、1.65μm可調(diào)諧二極管激光器9、激光器溫度控制和電流調(diào)制電路11、鎖相放大器12、計算機13，連接有激光器溫度控制和電流調(diào)制電路11的1.65μm可調(diào)諧二極管激光器9放置在多次反射樣品池6的入射光路上，多次反射樣品池6上安裝有進氣閥門5和大氣采樣泵7，1.65μm可調(diào)諧二極管激光器9的激光頭對準多次反射樣品池6的入射窗片，凸透鏡8放置在1.65μm可調(diào)諧二極管激光器9與反射樣品池6入射窗片之間的光路上，與鎖相放大器12相連接的探測器1放置在多次反射樣品池6的出射光路上，探測器1與多次反射樣品池6的出射窗片之間的出射光路上依次放置有參考樣品池2和凸透鏡3，探測器1的探測頭、參考樣品池2的入射窗片及出射窗片、多次反射樣品池6的出射窗片在同一光路上大氣采樣泵7與多次反射樣品池6相連接，鎖相放大器12通過A/D轉(zhuǎn)換電路14與計算機13相連接。出射光路中凸透鏡3和探測器1的探測頭之間的距離等于凸透鏡3的焦距。
權(quán)利要求1.激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，包括探測器、參考樣品池、凸透鏡、多次反射樣品池、激光器、多次反射樣品池上安裝有進氣閥門和大氣采樣泵，其特征在于激光器放置在多次反射樣品池的入射光路上，激光器的激光頭對準多次反射樣品池的入射窗片，凸透鏡放置在激光器與反射樣品池入射窗片之間的光路上，探測器放置在多次反射樣品池的出射光路上，探測器與多次反射樣品池的出射窗片之間的出射光路上依次放置有參考樣品池和凸透鏡，探測器的探測頭、參考樣品池的入射窗片及出射窗片、多次反射樣品池的出射窗片在同一光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的激光器是1.65μm可調(diào)諧二極管激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的出射光路中凸透鏡和探測器的探測頭之間的距離等于凸透鏡的焦距。
專利摘要本實用新型公開了激光吸收光譜大氣甲烷濃度在線監(jiān)測儀的光學結(jié)構(gòu)，包括探測器、參考樣品池、凸透鏡、多次反射樣品池、激光器、多次反射樣品池上安裝有進氣閥門和大氣采樣泵，激光器放置在多次反射樣品池的入射光路上，探測器放置在多次反射樣品池的出射光路上，探測器的探測頭、參考樣品池的入射窗片及出射窗片、多次反射樣品池的出射窗片在同一光路上。利用二極管激光器波長掃描特性，多次反射池延長光程，以及諧波檢測方法極大地提高檢測靈敏度。這種方法具有高靈敏度、高選擇性及快速測量等特點。能夠快速準確反應(yīng)出空氣中甲烷含量的變化，完全能夠滿足對環(huán)境空氣中甲烷含量進行長時間連續(xù)實時監(jiān)測的需要。
文檔編號G01N21/01GK2833577SQ20052007134
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者張玉鈞, 劉文清, 闞瑞鋒, 王亞萍, 王敏, 劉建國, 涂興華, 魏慶農(nóng), 陳東, 高山虎, 王曉梅, 董鳳忠 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所