[发明专利]一种中红外吸收式气体浓度探测装置及方法

权利要求书

1.一种中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，包括：红外光源(1)、椭球面反射镜(2)、光圈(3)、斩波器(4)、第一抛物面反射镜(5)、红外气体吸收池(6)、第二抛物面反射镜(7)、红外滤光片(8)、红外探测器(9)、处理模块；

红外光源(1)用于发射红外光并照射到椭球面反射镜(2)上；

光圈(3)和斩波器(4)设在椭球面反射镜(2)与第一抛物面反射镜(5)之间，椭球面反射镜(2)用于对红外光进行反射后汇聚成第一红外光束，第一红外光束先后通过光圈(3)和斩波器(4)后照射到第一抛物面反射镜(5)上，光圈(3)用于对第一红外光束进行束光，斩波器(4)用于对束光后的第一红外光束进行调制处理并输出调制信号；

红外气体吸收池(6)设在第一抛物面反射镜(5)和第二抛物面反射镜(7)之间，第一抛物面反射镜(5)用于对束光和调制后的第一红外光束进行反射后形成平行的第二红外光束，第二红外光束通过红外气体吸收池(6)中流经的混合气体后照射到第二抛物面反射镜(7)上，混合气体中的待测气体对第二红外光束中预定波长范围的中红外光进行吸收；

红外滤光片(8)设在第二抛物面反射镜(7)与红外探测器(9)之间，第二抛物面反射镜(7)用于对红外吸收后的第二红外光束进行反射后汇聚成第三红外光束，第三红外光束通过红外滤光片(8)进行滤波后照射到红外探测器(9)中，红外滤光片(8)允许具有预定波长范围的中红外光透过，红外探测器(9)用于对滤波后的第三红外光束进行光电转换处理并输出探测信号；

处理模块与斩波器(4)和红外探测器(9)连接，处理模块用于根据调制信号和探测信号进行运算得到输出电压，再根据输出电压计算得到混合气体中待测气体浓度。

2.根据权利要求1所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，红外光源(1)的发光点位于椭球面反射镜(2)的一个焦点位置；优选地，在椭球面反射镜(2)的椭球内表面镀有金膜。

3.根据权利要求1或2所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，第一红外光束的汇聚点位于第一抛物面反射镜(5)的焦点；优选地，第一红外光束的中心轴与第一抛物面反射镜(5)的光轴重合；优选地，第一抛物面反射镜(5)的离轴角为90°，在其内表面镀有金膜。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，光圈(3)和斩波器(4)位于第一红外光束的中心轴上；优选地，光圈(3)为光束通过大小可调的可调光圈。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，第二红外光束的中心轴与第二抛物面反射镜(7)的光轴垂直；优选地，第二抛物面反射镜(7)的离轴角为90°，在其内表面镀有金膜。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，第二红外光束沿着红外气体吸收池(6)的中心轴通过；优选地，第二红外光束的中心轴与红外气体吸收池(6)的中心轴重合；

优选地，红外气体吸收池(6)包括筒体，在筒体两端分别密封设有红外窗片(60)，在筒体内部设有供混合气体流动的进气支管和出气支管；优选地，筒体、进气支管和出气支管为有机玻璃管；优选地，红外窗片(60)为氟化钡窗片、氟化钙窗片等。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，第三红外光束的汇聚点位于红外探测器(9)的探测窗口上；优选地，第三红外光束的中心轴与第二抛物面反射镜(7)的光轴重合；优选地，红外探测器(9)的探测窗口与第二抛物面反射镜(7)的光轴垂直；优选地，红外滤光片(8)与红外探测器(9)的探测窗口平行安装，优选地，红外滤光片(8)安装在红外探测器(9)上并位于探测窗口前端。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的中红外吸收式气体浓度探测装置，其特征在于，处理模块用于根据调制信号和探测信号进行锁相放大运算得到输出电压，再根据标定得到的待测气体浓度与输出电压的对应关系，计算得到混合气体中待测气体浓度。