[发明专利]一种基于法拉第磁光旋转光谱的气体池及气体传感装置

说明书

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种基于法拉第磁光旋转光谱的气体池及气体传感装置。包括气体吸收池和与气体吸收池同轴并套设在气体吸收池上的永磁环，永磁环自气体吸收池的进气端至出气端依次设置10～20个，每个永磁环的大小和形状一致，任意两个相邻永磁环的间距在0～10mm，永磁环排布长度与气体吸收池长度相适配，并且，自气体吸收池的中心分别向进气端和出气端方向呈对称排布。本发明利用非等间距排布的永磁环阵列产生静磁场，从而在静态塞曼分裂下通过调制激光波长来有效改变磁圆双折射，最终产生法拉第旋转光谱信号，提高了磁旋转光谱技术在气体检测领域的可应用性。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种基于稀土环形永磁体阵列的法拉第磁光旋转光谱的气体池及气体传感装置。

背景技术

法拉第旋转光谱又被称为法拉第调制光谱，它利用顺磁性样品(NO，NO₂，O₂，OH,HO₂)吸收线在外部磁场下塞曼分裂引起的磁圆双折射来检测分子浓度。其基本原理如下：激光首先通过起偏器对线偏振光的偏振轴进行定义，在外部轴向磁场的作用下，由于分子能级简并度的提升，顺磁性分子的旋转-振动过渡态被分裂为几个亚态，线偏振光在包含有该顺磁性样品的吸收池中传输时，由于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光具有不同的折射率，导致线偏振光的偏振面发生了旋转，通过将与起偏器接近正交的检偏器置于吸收池之后可将偏振面的旋转转化为激光强度的变化，最终通过对其进行探测可完成顺磁性样品浓度的检测。其中线偏振光旋转角度正比于顺磁性样品的浓度。

由于采用了一对相互接近正交的偏振器有效抑制了激光噪声，因此法拉第旋转光谱相对于传统的直接吸收光谱或波长调制光谱技术可以在较短的光程内实现更高的探测灵敏度。纵向磁场是产生法拉第旋转光谱信号的必要条件，目前，该信号主要由交流螺线管线圈感应的交变磁场来调制吸收线的塞曼分裂而产生，但这种方式面临着功耗高难以外场化应用、产生过多的焦耳热以及过量的电磁干扰等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种基于稀土环形永磁体阵列的法拉第磁光旋转光谱的气体池。

本发明采用了以下技术方案：

一种基于法拉第磁光旋转光谱的气体池，包括气体吸收池，还包括与所述气体吸收池同轴并套设在所述气体吸收池上的永磁环，所述气体吸收池具有容纳待测气体的内腔，和连通所述内腔与外部环境的通口，所述通口包括设置在气体吸收池进气端的进气口，和设置在气体吸收池出气端的出气口，所述永磁环自气体吸收池的进气端至出气端依次设置10～20个，每个所述永磁环的大小和形状一致，任意两个相邻永磁环的间距在0～10mm，所述永磁环排布长度与所述气体吸收池长度相适配，并且，自所述气体吸收池的中心分别向进气端和出气端方向呈对称排布。

优选的，所述永磁环材质为钕铁硼，永磁环的横截面和环臂的断面均为旋转对称形状，多个永磁环构成的纵向静磁场磁场强度为200～400高斯。

优选的，所述永磁环的横截面为圆形，永磁环的外直径100mm，内直径60mm，环臂的断面为矩形，环臂的厚度25mm。

优选的，所述永磁环共设置14个，永磁环自气体吸收池的中心向进气端或出气端方向设置的间距依次为0，0，1，3，4，10mm，靠近气体吸收池的中心的两个所述永磁环间距离为0mm，14个永磁环构成的纵向静磁场磁场长度为386mm，磁场强度为300高斯。

优选的，所述气体吸收池主体材料为硬塑料等非铁磁性材料，避免对磁场造成破坏。

本发明还提供一种使用上述法拉第磁光旋转光谱气体池的传感装置，包括信号源、激光光源和设置在激光光路上的法拉第磁光旋转光谱气体池，所述激光光源由激光发生器及其电连接的激光控制器组成，所述激光控制器与信号源电连接，所述光谱气体池的出气端还依次设置有检测和采集经过所述光谱气体池的旋光信号的光电探测器、锁相放大器和采集卡，所述锁相放大器还与所述信号源电连接，获得参考信号。