[发明专利]基于光声效应的多种气体同时检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及多种气体检测装置，它解决了以往的测量耗时长、反应不灵敏、操作复杂、设备维护繁琐的问题，特别是提供一种基于光声效应的多种气体同时检测装置及检测方法。

背景技术

现有的检测仪种类很多，原理可分为：定电位电解法、碘量法、电导率法。定电位电解法中使用的电化学传感器寿命通常为两年，无论使用与否必须更换，而该传感器是国外产品，价格昂贵。电导率法、碘量法在使用前必须配置各自必须的电导液、碘标准液，故使用不方便。

国际上也做过以光声效应为基础的多种气体检测的工作，典型的是2008年美国加利福尼亚大学制作的多种气体检测装置。他们用多个光源，但是在进行气体检测时是通过一个电源依次向单个光源供电(也就是说每次只有一个光源发光)，光束通过透镜汇聚和斩波器调制后进入气室，产生的光声信号经锁相处理后传输给电脑，得到一种气体的浓度，然后使电源给下一个光源供电，重复以上过程，逐一得到各种气体浓度。这种方法虽然实现了多种气体检测，但是系统比较复杂，造价昂贵，而且存在测量时间长的缺点。而本发明是多个光源同时供电，同时测量，一次数据处理得到多种气体浓度。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种基于光声效应的多种气体同时检测装置及检测方法，其是基于光声效应的多种气体同时检测方法，它解决了以往的测量浓度耗时长、反应不灵敏、操作复杂、设备维护繁琐的问题。

本发明提供一种基于光声效应的多种气体同时检测装置，包括：

一第一电源和一第二电源；

一第一光源和一第二光源，该第一光源和第二光源的输入端分别与第一电源和一第二电源连接；

一气室，该气室接收第一光源和第二光源的入射光，在该气室中放置有一话筒；

一前置放大器，该前置放大器接收话筒的信号；

一计算机，该计算机对前置放大器的信号进行单频幅值提取，单频幅值与气体浓度直接相关。

其中所述话筒的数量为1-2个。

其中话筒为高灵敏度话筒。

其中气室包括：两个圆柱形平行的钢管，该钢管两端分别由两细管连接，在细管的中间分别开有进气口和出气口，在两个圆柱形平行的钢管的一端分别开有窗口。

其中气室中的钢管的中间分别开有圆孔，用于放置话筒。

本发明还提供一种基于光声效应的多种气体同时检测方法，该方法使用权利要求1所述的检测装置，包括如下步骤：

步骤1：启动第一、第二电源，同时驱动第一、第二光源发射不同频率调制光，该调制光经气室的窗口进入气室，使气室中的气体分子吸收此波长的调制光，并通过无辐射跃迁的形式把能量释放出来，使气体温度升高气压增大，调制光产生周期性的气压变化，进而产生声信号；

步骤2：气室中产生的声信号由气室中的话筒转化为电信号之后并经前置放大器放大；

步骤3：经前置放大器放大的电信号输入计算机，计算机进行单频幅值提取；

其中在较低浓度时，单频幅值与气体浓度的关系，根据公式：

U＝R_c×R_M×W₀×c×K    (1)

其中U是测量的电压值，R_c是气室的响应，R_M是话筒的灵敏度，W₀是激光器的平均功率，c是待测气体浓度，K是待测气体的吸收系数。

其中确定公式(1)中的比例系数时，令α＝R_c×R_M×W₀×K，用标准浓度c₀气体进行测量，得到U₀的电信号，从U₀＝α×c₀得到α值，之后测量中U与浓度c 成正比例函数关系。

其中所述的光源和电源的数量对应，该光源和电源的数量为2-8对。

其中各电源产生的脉冲频率为不相同。

附图说明

为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实例及附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的检测装置示意图；

图2为激光器光谱及其对应的气体分子吸收强度谱；

图3为气体检测结果样图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种基于光声效应的多种气体同时检测装置，包括：

一第一电源1和一第二电源2，两电源均产生矩形脉冲电压信号，但是频率不相同，电源的工作频率取决于气室的共振频率；