多波段多氣體檢測裝置的製作方法
2023-07-19 18:15:41
本實用新型涉及氣體檢測，尤其涉及多波段多氣體檢測裝置。
背景技術：
隨著我國工業化進程的加速，有害氣體和煙塵的排放對環境空氣造成了嚴重汙染，空氣汙染嚴重威脅著人類健康，環境空氣氣態汙染物(SO2、NO2、O3、CO)監測已刻不容緩。傳統的煙氣分析紫外差分吸收光譜(DOAS)系統能夠同時檢測SO2、NO2、O3等在紫外波段有特徵吸收譜的氣體，但是對於特徵吸收處於紅外波段的CO氣體，DOAS技術有了局限性，不能夠檢測CO。CO檢測通常使用可調諧半導體雷射吸收光譜(TDLAS)技術實現，現有的分析儀大多不能實現兩種技術同時進行氣體檢測，而是需要兩臺以上的儀器來實現多組分氣體的檢測，成本高而監測效率低。
技術實現要素：
為了解決現有技術中存在的不足，本實用新型提供了一種結構簡單、低成本的多波段多氣體檢測裝置。
本實用新型的實用新型目的通過以下技術方案得以實現：
一種多波段多氣體檢測裝置，所述檢測裝置包括檢測池、分析單元；所述多波段多氣體檢測裝置進一步包括：
第一光源，所述第一光源發出的第一測量光的波長覆蓋待測氣體中至少一種氣體的吸收譜線；所述第一測量光的波長處於可見或紅外波段；
第二光源，所述第二光源發出的第二測量光的波長同時覆蓋待測氣體中至少二種氣體的吸收譜線；所述第二測量光的波長處於紫外波段；
第一凹面反射鏡，所述第一凹面反射鏡設置在所述檢測池內的一側；
第二凹面反射鏡，所述第二凹面反射鏡與所述第一凹面反射鏡相對地設置在所述檢測池內的另一側；
第三凹面反射鏡，所述第三凹面反射鏡與所述第一凹面反射鏡相對地設置在所述檢測池內的另一側；所述第二凹面反射鏡和第三凹面反射鏡關於所述第一凹面反射鏡的中心軸線對稱設置，所述第一凹面反射鏡、第二凹面反射鏡和第三凹面反射鏡的反射面的曲率半徑相等；所述第二凹面反射鏡和第三凹面反射鏡的凹面的焦點處於所述第一凹面反射鏡的凹面的中心；所述中心到第一凹面反射鏡的焦點的距離為所述半徑的三倍；
第一探測器，所述第一探測器用於將射入所述檢測池內且在所述第二凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第三凹面反射鏡之間來回反射的被待測氣體吸收後的第一測量光轉換為第一電信號，並傳送到分析單元；
分光器件，所述分光器件用於將射入所述檢測池內且在所述第三凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第二凹面反射鏡之間來回反射的被待測氣體吸收後的第二測量光在空間上分開；
第二探測器，所述第二探測器將分光器件分開的光轉換為第二電信號，並傳送到分析單元。
根據上述的多氣體檢測裝置，優選地，所述第一光源和第二光源處於所述檢測池外相對的兩側。
根據上述的多氣體檢測裝置，優選地，所述第一光源是雷射器，所述第二光源是氙燈或氘燈。
根據上述的多氣體檢測裝置，可選地，所述多氣體檢測裝置進一步包括：
至少二個反射鏡，所述第一測量光和/或第二測量光經過所述至少二個反射鏡後射入或射出所述檢測池。
根據上述的多氣體檢測裝置，優選地，所述第一光源和第一探測器處於所述檢測池外相對的兩側。
根據上述的多氣體檢測裝置，優選地，所述第二光源和第二探測器處於所述檢測池外相對的兩側。
根據上述的多氣體檢測裝置，可選地，所述多氣體檢測裝置進一步包括：
第一光學窗口，所述第一光學窗口設置在所述檢測池的壁上，所述第一測量光傾斜地穿過所述第一光學窗口而射入所述檢測池；
第二光學窗口，所述第二光學窗口設置在所述檢測池的壁上，被吸收後的第一測量光傾斜地穿過所述第二光學窗口而射出所述檢測池。
與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
1.三個凹面反射鏡組成的光路增加了光程，能夠測量較低濃度的氣體；
2.將紫外光源與雷射光源聯合在一個氣體室進行氣體分析，紫外光源與雷射光源分別位於檢測池的兩側，兩路光交錯，接收端位置設計為交錯式，避免光路相互遮擋；
3.雷射光源射入和射出檢測池時與通光窗片均有一定的角度，能夠有效避免幹涉噪聲，提高測量精度。
附圖說明
參照附圖，本實用新型的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是：這些附圖僅僅用於舉例說明本實用新型的技術方案，而並非意在對本實用新型的保護範圍構成限制。圖中：
圖1為本實用新型實施例的多波段多氣體檢測裝置的結構簡圖。
具體實施方式
圖1和以下說明描述了本實用新型的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本實用新型。為了教導本實用新型技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本實用新型的範圍內。本領域技術人員應該理解下述特徵能夠以各種方式組合以形成本實用新型的多個變型。由此，本實用新型並不局限於下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。
實施例1：
圖1示意性地給出了本實用新型實施例的多波段多氣體檢測裝置的結構簡圖，如圖1所示，所述多波段多氣體檢測裝置包括：
檢測池，所述檢測池具有進氣口和出氣口；
第一光源，如可調諧半導體雷射器，所述第一光源發出的第一測量光的波長覆蓋待測氣體中至少一種氣體如CO的吸收譜線；所述第一測量光的波長處於可見或紅外波段；
第二光源，如氙燈、氘燈，所述第二光源發出的第二測量光的波長同時覆蓋待測氣體中至少二種氣體如SO2、NO2、O3的吸收譜線；所述第二測量光的波長處於紫外波段；
第一凹面反射鏡，所述第一凹面反射鏡設置在所述檢測池內的一側；
第二凹面反射鏡，所述第二凹面反射鏡與所述第一凹面反射鏡相對地設置在所述檢測池內的另一側；
第三凹面反射鏡，所述第三凹面反射鏡與所述第一凹面反射鏡相對地設置在所述檢測池內的另一側；所述第二凹面反射鏡和第三凹面反射鏡關於所述第一凹面反射鏡的中心軸線對稱設置，所述第一凹面反射鏡、第二凹面反射鏡和第三凹面反射鏡的反射面的曲率半徑相等；所述第二凹面反射鏡和第三凹面反射鏡的凹面的焦點處於所述第一凹面反射鏡的凹面的中心；所述中心到第一凹面反射鏡的焦點的距離為所述半徑的三倍；
第一探測器，所述第一探測器用於將射入所述檢測池內且在所述第二凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第三凹面反射鏡之間來回反射的被待測氣體吸收後的第一測量光轉換為第一電信號，並傳送到分析單元；
分光器件，如分光光柵或分光稜鏡，所述分光器件用於將射入所述檢測池內且在所述第三凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第二凹面反射鏡之間來回反射的被待測氣體吸收後的第二測量光在空間上分開；
第二探測器，如線陣CCD、線陣CMOS，所述第二探測器將分光器件分開的光轉換為第二電信號，並傳送到分析單元；
分析單元，所述分析單元用於根據吸收光譜技術分別處理所述第一電信號，利用差分吸收光譜技術處理所述第二電信號，從而獲得待測氣體中至少三種氣體的含量。分析單元是現有技術，在此不再贅述。
為了避免第一測量光和第二測量光在檢測池內相互阻擋，進一步地，所述第一光源和第二光源處於所述檢測池外相對的兩側。
為了降低裝置的裝配難度，進一步地，所述多氣體檢測裝置進一步包括：
至少二個反射鏡，所述第一測量光和/或第二測量光經過所述至少二個反射鏡後射入或射出所述檢測池。
為了降低光學噪聲以提高檢測精度，進一步地，所述多氣體檢測裝置進一步包括：
第一光學窗口，所述第一光學窗口設置在所述檢測池的壁上，所述第一測量光傾斜地穿過所述第一光學窗口而射入所述檢測池；
第二光學窗口，所述第二光學窗口設置在所述檢測池的壁上，被吸收後的第一測量光傾斜地穿過所述第二光學窗口而射出所述檢測池。
根據上述的多氣體檢測裝置的工作過程為：
(A1)第一測量光和第二測量光射入檢測池內；
(A2)入射進檢測池的第一測量光依次被第二凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第三凹面反射鏡反射，且在三個凹面反射鏡之間來回反射，並被待測氣體選擇性吸收；
入射進檢測池的第二測量光依次被第三凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第二凹面反射鏡反射，且在三個凹面反射鏡之間來回反射，並被待測氣體選擇性吸收；
(A3)探測器將射出所述檢測池的第一測量光、第二測量光分別轉換為第一電信號、第二電信號，並傳送到分析單元；
(A4)分析單元根據吸收光譜技術分別處理所述第一電信號、第二電信號，從而分別獲得待測氣體中至少三種氣體的含量。
實施例2：
根據本實用新型實施例1的多氣體檢測裝置的應用例。
在該應用例中，第一光源採用可調諧半導體雷射器，第一測量光的波長覆蓋CO的在紅外波段的吸收譜線；第二光源採用脈衝氙燈，第二測量光的波長覆蓋SO2、NO2、O3的吸收譜線；第一光源與第二光源分別處於所述檢測池外相對的兩側，檢測池上相對的兩側分別具有第一、第二、第三、第四透明窗口片，第一測量光傾斜地穿過第一透明窗口片後被反射鏡反射後依次被第二凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第三凹面反射鏡反射，並在三個凹面反射鏡之間來回反射，最後經反射鏡反射後傾斜地穿過第二透明窗口片，被第一探測器接收；第二測量光穿過第三透明窗口片後被反射鏡反射後依次被第三凹面反射鏡、第一凹面反射鏡和第二凹面反射鏡反射，並在三個凹面反射鏡之間來回反射，最後經反射鏡反射後穿過第四透明窗口片，被光柵分光；所述第一光源和光柵處於檢測池的同一側，第二光源和第一探測器處於檢測池的同一側；分析單元利用雷射吸收光譜技術處理第一探測器輸出的第一電信號，從而獲知CO的濃度；利用差分吸收光譜技術處理第二探測器輸出的第二電信號，從而同時獲知SO2、NO2、O3的濃度。