[发明专利]红外光谱分析仪

说明书

一种红外光谱分析仪，用于检测待测气体的浓度，包括：发光器，用于发射穿过待测气体的光线；探测器，用于接收发光器发出且穿过待测气体的光线；滤光片，用于对发光器发出且穿过待测气体的光线进行滤光；所述滤光片设置有使穿过待测气体的光线通过的透光通道。红外光谱分析仪结构简单，成本低，滤光片设置透光通道，将未穿过滤光片的光作为参考，通过归一化，能够补偿功率波动和非吸收性损失。

技术领域

本发明属于光谱测量领域，尤其涉及一种能够对多种气体进行测量的红外光谱分析仪。

背景技术

因为成本低，可靠性好，使用红外热辐射光源和热电探测器是一种气体分析普遍采用的技术。工作的基本原理是通过红外光源的驱动电压、驱动电流，改变光源的辐射功率和温度，根据普朗克黑体辐射定律，光源的辐射光谱的峰值会移动，线型会变化。在探测器的窗口加窄带滤波片，滤波片选择某种气体的吸收峰，测量透射光强。再辅之以参考通道进行功率的归一化，得到透射率，进而反演光程中的待测气体浓度。

虽然结构简单，但是存在三个缺陷：1、无法解决光源本身的光谱漂移，由于外界温度变化、器件老化、驱动电流漂移等原因；2、存在干扰的问题，由于各种烷烃气体的吸收带很近，但是滤波片的带宽比谱线的带宽又宽很多，比如待测气体的背景中含有乙烷，则甲烷的吸收峰也会造成吸收增强；3、一个探测器配一个滤波片，要想多种气体分析，系统会非常庞大。

当然，采用色散分光和列阵探测器进行多组分分析原理上也是可行的，但是在中红外的列阵探测器技术先进，该项技术和产品在中国还没有。国际上DexterResearch公司的SLA64线阵探测器，使用64个独立的热电偶探测单元。由于该产品因为技术的敏感性，在出口控制的名单上。

基于全谱采集原理的多组分红外气体分析仪也是有的，比如美国的MKS公司的TFS^TMTunable Filter Spectroscopy可以测量从C1-nC6的多种组份，利用了可变滤波专利技术(公开号：US8896839、US20150103354)。采用了旋转滤波片，光线的入射角从0-90度变化，使其在光传播方向的等效距离变化，根据光学干涉的原理，其共振透射波长也会变化，从而完成对全波长的扫描。基于全谱，采用通用的多变量分析算法可以分析多种组份，有效解决组分间的光谱干扰问题。当然，这样使用滤波片也存在一些问题，因为光线的透射率会因为入射角度的变化而变化，影响光谱透射率的计算，光谱扫描非线性，限制了其性能的进一步发挥。

在红外光谱分析仪上使用带通的线性可变滤波片(LVF)技术(公开号：CN103217730A)，其透射波长或者反射波长随着位置变化而变化，也可以实现全谱扫描。但是目前的滤波片是一种精确镀膜的滤光片，制作步骤复杂，控制精度要求高，因而它的成本也很高。比如Edmund公司的Linear Variable NIR Band Pass Filter，单只售价高达人民币14962.5元。

发明内容

本发明针对上述目前进行多组分分析的光谱仪器存在光谱漂移、相互干扰、系统庞大、性能不稳定、成本高等技术问题，提出一种光谱扫描线性度高、系统简单、成本低的多组分分析红外光谱分析仪。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种红外光谱分析仪，用于检测待测气体的浓度，包括：

发光器，用于发射穿过待测气体的光线；

探测器，用于接收发光器发出且穿过待测气体的光线；

滤光片，用于对发光器发出且穿过待测气体的光线进行滤光；

所述滤光片设置有使穿过待测气体的光线通过的透光通道。

作为优选，所述探测器包括用于接收通过滤光片的光线的气体检测单元以及用于接收通过透光通道的光线的参比检测单元。