[发明专利]气体分析器

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2008/082671，国际申请日为2008年11月6日，进入中国国家阶段的申请号为200880132651.9，名称为“气体分析器”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

本发明一般涉及气体分析，尤其涉及用于测量气体含量(concentration)的系统和方法。

大气中增加的二氧化碳含量以及由此导致的温室效应和气候变化已经变成科学研究的重要课题。为便于理解全球碳平衡，有必要确定大气与陆地和海洋生态系统之间的二氧化碳和能量交换的速率。一种称为“涡流协方差”的测量技术已被广泛用于确定这些速率。地球表面之上数百米内的空气是最为动荡的，从而称为“涡流”的湍流结构(可变大小的旋涡)负责大多数气体(包括二氧化碳和水蒸气)、以及地表与大气之间的热量和动量的垂直输运。这种输运的速率可根据风速的垂直分量、二氧化碳和水蒸气的含量、以及大气温度的同步、高频测量来计算。

为了测量二氧化碳和水蒸气的含量，可使用气体分析器来分析适当波长带中的光透过气样(gas sample)的透射比。使用某些气体分析器，含有未知含量的二氧化碳和水蒸气的样气被置入样品槽中，而具有零含量或已知含量的二氧化碳和水蒸气的参比气体被置入参比槽中。分析器根据与透射样品槽的光和透射参比槽的光之间的差异成比例的校准信号来测量样品槽中的未知气体含量。

在涡流协方差应用中，充满尘埃和花粉的环境空气必须以高流速通过分析器，以便使该分析器具有必要的频率响应。即便空气被过滤了，也还是可预期样品槽的污染，尤其是在长配置期间，从而需要分析器回厂返修以便清洗。这是一个昂贵且耗时的过程，尤其是在分析器在诸如亚马逊盆地、阿拉斯加北坡、或非洲沙漠的偏远地区中使用时。

因此，存在对经改进气体分析器的需要。具体而言，需要便于清洗且提供稳健测量能力的气体分析器。

概述

提供用于测量气体含量、尤其测量气体成分的干摩尔分数的系统和方法。根据各个实施例的系统和方法允许为包括高速通量测量在内的多种环境监测应用快速测量气体密度和/或气体的干摩尔分数。

根据各个实施例，提供实现样气的气体含量的快速测量、同时实现样气的压力和温度的快速测量的系统和方法。此外，与现有设备相比，根据各个实施例的设备能有利地使用显著短得多的进气管且功耗显著降低。

各个实施例还提供气体分析器的独特机械-光学设计方案，其在无工具可拆卸气槽中包括若干新颖元件。各个实施例还允许使用气流的温度和压力测量来测量可拆卸气槽中气体的干摩尔分数。

根据本发明的一方面，提供一种气体分析器，其通常包括：包括检测器的检测器部分；包括光源的光源部分；以及可拆卸地设置在光源部分和检测器部分之间的可拆卸气槽(gas cell)。可拆卸气槽通常包括限定例如封闭气流通道的气流通道的外壳结构，其中在附连时来自光源的发射光沿着光路通过气流通道通向检测器部分。气槽通常还包括进气口、出气口、第一温度传感器、以及压力传感器，其中进气口和出气口位于外壳结构上，第一温度传感器适于测量流入气流通道中的气体的温度，压力传感器位于气流通道中外壳结构的内点处，该压力传感器适于测量气流槽中内点处的气体压力。在特定方面中，可拆卸气槽进一步包括位于出气口附近的第二温度传感器，其中第一温度传感器位于进气口附近。

根据本发明的另一方面，提供一种气体分析器，其通常包括：包括检测器的检测器部分；包括光源的光源部分；以及可拆卸地设置在光源部分和检测器部分之间的可拆卸气槽。可拆卸气槽通常包括限定例如封闭气流通道的气流通道的外壳结构，其中在附连时来自光源的发射光沿着光路通过气流通道通向检测器部分。气槽通常还包括进气口、出气口、位于进气口附近的第一温度传感器、以及位于出气口附近的第二温度传感器，其中进气口和出气口位于外壳结构上。在特定方面中，气体分析器包括位于气流通道中外壳结构的内点处的压力传感器，该压力传感器适于测量气流槽中内点处的气体压力。