[发明专利]开路式气体浓度分析方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体浓度分析技术领域，尤其是涉及一种开路式气体浓度分析方法及装置。

背景技术

基于朗伯-比尔定律的光学吸收法是气体检测的基本方法之一，基于朗伯-比尔定律所进行的连续吸收光谱气体检测具有抗干扰能力强的特点，特别适合于复杂背景环境下的气体检测。其中，对于大气中气体浓度所进行的开路式连续吸收光谱气体检测，在环境质量监控方面具有广泛应用。

常用的对开路式连续吸收光谱气体进行检测的方法是采用棱镜色散型或光栅色散型光谱仪进行光谱采集，这两种类型的光谱仪均有一个光波的入射狭缝。狭缝越窄，光谱仪的光谱分辨率越高；但是，较窄的狭缝会造成光能量的下降，从而使得光谱信噪比较低，难以满足微量气体的检测需求。传统气体浓度分析方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题影响了气体检测的精确度。

针对开路式气体浓度分析方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题，目前缺乏有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开路式气体浓度分析方法及装置，以缓解对开放环境中的密封的被测气体进行浓度分析的传统方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种开路式气体浓度分析装置，包括：光源、准直器、色散仪、测量仪，其中，

所述光源用于发出覆盖被测气体特征吸收光谱的光，其中，所述被测气体为所述开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体；

所述准直器用于将所述光源发出的光准直后照射到所述被测气体；

所述色散仪用于对所述被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长的光的会聚点在目标方向上散布，其中，所述目标方向为光从所述色散仪出射后的传播方向；

所述测量仪用于通过在所述目标方向上的移动来接收不同的所述会聚点的光能，并根据所述会聚点的光能对所述被测气体的浓度进行分析。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光源为点光源。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述色散仪为折射式的会聚透镜，所述会聚透镜使不同的所述会聚点按光波长在所述透镜的光轴方向依次分布。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述测量仪包括：光阑、位置控制器、光探测器和信号处理器，其中，

所述光阑的开孔位置设于所述透镜的光轴上，且所述位置控制器用于控制所述光阑在所述透镜的光轴方向移动，以使所述光阑移动到不同的所述会聚点处；

所述光探测器用于对透过所述光阑的光进行探测，并将探测到的光转化为电信号；

所述信号处理器和所述光探测器连接，用于接收所述光探测器转化的电信号，并根据所述电信号计算所述被测气体的浓度。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述光阑的开孔为在不透光材料上所开的圆孔。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述位置控制器为中空圆柱式的音圈电机，所述光阑安装在所述音圈电机的圆柱端面上，且所述光阑的开孔嵌设在所述音圈电机的中空部分。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述光探测器为单像元光电探测器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述准直器包括折射式消色差准直镜或者全反射准直镜。

第二方面，本发明实施例还提供一种开路式气体浓度分析方法，包括：

准直步骤，将光源发出的光准直后照射到被测气体，其中，所述被测气体为所述开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体，所述光源发出的光覆盖所述被测气体的特征吸收光谱；

色散步骤，对所述被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长的光的会聚点在目标方向上散布，其中，所述目标方向为光从色散仪出射后的传播方向；

测量步骤，接收目标方向上不同所述会聚点的光能，并根据所述会聚点的光能对所述被测气体的浓度进行分析。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，开路式气体浓度分析方法还包括：

构造步骤，用于通过单透镜或透镜组构造色散仪，所述色散仪用于对所述被测气体透过的光进行会聚和色散，以使得所述会聚点的间距满足预设间距值。