[发明专利]一种基于中外红量子级联激光器长光程差吸收光谱法的痕量SO2气体检测装置

说明书

本发明提供一种基于中外红量子级联激光器长光程差吸收光谱法的痕量SO2气体检测装置。以中心波长为的量子级联激光器作为光源，红外光经过全反射镀金球面镜聚焦到长光程气体发射池中，从反射池出射的红外光通过液氮冷却碲镉汞中红外探测器将光信号转换为电信号，转换后的电信号由数据采集单元记录并输入计算机处理及存储。采用长光程差分吸收光谱技术测量SO2浓度，通过多次反射池增加光程，实现对痕量SO2的高灵敏检测。系统结构简单、紧凑。装置具有测量灵敏度高，精度高，响应速度快的特点，可弥补现有检测方法与技术上的缺陷。

技术领域

本发明涉及低浓度气体检测技术领域,涉及一种痕量SO₂气体检测装置。

背景技术

痕量气体是指大气中浓度低于10^-6的气体，如CO,NO,NO₂,SO₂,H₂S、卤化物和有机化合物等。这些痕量粒种受到物理、化学等多方作用并参与地球化学循环，对全球大气环境及生态产生重大影响，例如化学烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层遭破坏等均与前述痕量气体有关。

二氧化硫是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体,长期吸入大气中的二氧化硫会引起慢性支气管炎、慢性鼻咽炎等损害上呼吸道的炎症并使青少年的免疫力降低，抗病能力变弱。我国环境质量标准规定，居住区大气中的SO₂日平均浓度应低于0.15mg/m³，年平均浓度低于0.06mg/m³。因此,建立灵敏、准确的二氧化硫浓度检测方法及装置具有重要意义。

量子级联激光器是近年来发展起来的理想的中红外光源，具有宽的调谐范围，单色性好、量子效率高、输出功率大等优点，并且能够在室温下工作，温度稳定性好。由于量子级联激光器在中红外区有大范围的输出波长(4.3～24μm)，覆盖了大量气体分子振转能级的基频吸收，可以检测大气中浓度较低的痕量气体。将中心波长为7.43μm的量子级联激光器光源与长光程差分吸收光谱技术相结合，通过多次反射池增加光程，实现对痕量SO₂的高灵敏检测。基于该方法的装置具有测量灵敏度高，精度高，响应速度快的特点，可弥补现有检测方法与技术上的缺陷。

发明内容

本发明提供一种基于中外红量子级联激光器长光程差吸收光谱法的痕量SO₂检测装置及方法，以中心波长为7.43μm的量子级联激光器作为光源，采用长光程差分吸收光谱技术，系统结构简单、紧凑。红外光经过全反射镀金球面镜聚焦到长光程气体发射池中，从反射池出射的红外光通过液氮冷却碲镉汞中红外探测器进行探测。碲镉汞中红外探测器的探测峰值波长为5μm、光谱响应范围为(2～12μm)、响应时间小于100ns、探测面的尺寸为1mm²。

技术方案如下：

一种基于中外红量子级联激光器长光程差吸收光谱法的痕量SO₂气体检测装置，光路部分主要包括中心波长为7.43μm的量子级联激光器、全反射镀金球面镜、反射池和镉汞中红外探测器；在量子级联激光器的光路上设有对红外光全透、对可见光全反合束片；在反射池的入光口和出光口处均设有全反射镀金球面镜，反射池的入光口处的全反射镀金球面镜入射面朝向反射池的入光口，将红外光聚焦到长光程气体反射池中；反射池出光口处的全反射镀金球面镜入射面朝向反射池的出光口，在出光口反射镜的反射光路上安置碲镉汞探测器；探测器将接收到的光信号转化为电信号输入计算机；反射池部分为一个SO₂收集装置。主要包括进气口和隔断结构，隔断结构将通过进气口进入反射池的SO₂气体中飞溅液体和蒸汽过滤掉；量子级联激光器和碲镉汞探测器分别通过控制单元和高速数据采集单元接入计算机。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

图2为本发明的整体构造图。

图3为本发明SO₂气体反射池示意图。