[发明专利]一种中红外吸收式气体浓度探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体浓度探测技术领域，具体涉及一种中红外吸收式气体浓度探测装置及方法，适用于对在中红外波段存在吸收峰的气体浓度进行探测。

背景技术

目前，基于红外吸收式的气体浓度探测装置，大多选择近红外波段的红外光对气体浓度进行探测，而很少选择中红外波段的红外光，这是由于中红外光光源产生的光强较低，从而使得光电信号微弱易受干扰。但是，在工业领域使用的某些气体，特别是在航空航天领域使用的含氟灭火剂(例如Halon1301，HFC-125等)，这些气体的特征吸收峰仅存在于中红外波段，因此，使用红外吸收法对这些气体的探测将受到限制。

在基于红外吸收式气体浓度探测装置中，其内部光路一般都采用平面镜和多次反射气室对红外光线进行反射；由于中红外光光源产生的光强较低，如果采用现有的反射方法对中红外光线进行反射，其光强会有所损失，从而只有少部分的中红外光通过待测气体并射入测量探测器中；同时，由于光电信号微弱，直接将测量探测器输出的信号进行放大转化难以将其中的干扰信号滤除，因此降低了测量探测器的测量精度。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种中红外吸收式气体浓度探测装置及方法，用于对混合气体中在中红外波段内具有吸收峰的待测气体进行浓度探测，其具有较高的测量精度。

本发明提出的一种中红外吸收式气体浓度探测装置，包括：红外光源、椭球面反射镜、光圈、斩波器、第一抛物面反射镜、红外气体吸收池、第二抛物面反射镜、红外滤光片、红外探测器、处理模块；

红外光源用于发射红外光并照射到椭球面反射镜上；

光圈和斩波器设在椭球面反射镜与第一抛物面反射镜之间，椭球面反射镜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和斩波器后照射到第一抛物面反射镜上，光圈用于对第一红外光束进行束光，斩波器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；

红外气体吸收池设在第一抛物面反射镜和第二抛物面反射镜之间，第一抛物面反射镜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中流经的混合气体后照射到第二抛物面反射镜上，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；

红外滤光片设在第二抛物面反射镜与红外探测器之间，第二抛物面反射镜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后照射到红外探测器中，红外滤光片允许具有预定波长范围的中红外光透过，红外探测器用于对第三红外光束进行光电转换处理并输出探测信号；

处理模块与斩波器和红外探测器连接，处理模块用于根据调制信号和探测信号计算得到混合气体中待测气体浓度。

在具体实施例中，红外光源的发光点位于椭球面反射镜的一个焦点位置；优选地，在椭球面反射镜的椭球内表面镀有金膜。

在具体实施例中，第一红外光束的汇聚点位于第一抛物面反射镜的焦点；优选地，第一红外光束的中心轴与第一抛物面反射镜的光轴重合；优选地，第一抛物面反射镜的离轴角为90°，在其内表面镀有金膜。

在具体实施例中，光圈和斩波器位于第一红外光束的中心轴上；优选地，光圈为光束通过大小可调的可调光圈。

在具体实施例中，第二红外光束的中心轴与第二抛物面反射镜的光轴垂直；优选地，第二抛物面反射镜的离轴角为90°，在其内表面镀有金膜。

在具体实施例中，第二红外光束沿着红外气体吸收池的中心轴通过；优选地，第二红外光束的中心轴与红外气体吸收池的中心轴重合；

优选地，红外气体吸收池包括筒体，在筒体两端分别密封设有红外窗片，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，红外窗片为氟化钡窗片、氟化钙窗片等。

在具体实施例中，第三红外光束的汇聚点位于红外探测器的探测窗口上；优选地，第三红外光束的中心轴与第二抛物面反射镜的光轴重合；优选地，红外探测器的探测窗口与第二抛物面反射镜的光轴垂直；优选地，红外滤光片与红外探测器的探测窗口平行安装，优选地，红外滤光片安装在红外探测器上并位于探测窗口前端。

在具体实施例中，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。