[发明专利]一种直接吸收式TDLAS气体分析仪及方法

说明书

本发明公开了一种直接吸收式TDLAS气体分析仪及方法，包含：现场端一体化保温箱，包含通过相互配合进行气体过滤采样的气动阀与射流泵，以及高温检测池；过滤采样后的气体被送入到高温检测池；激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过反射镜反射到探测器上，通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，所述第一电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由第一电路板上的信号输出电路输出；客户端分析机接收信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。本发明实现了多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的分析测量，提高系统灵敏度和精度。

技术领域

本发明涉及气体监测设备，特别涉及一种直接吸收式TDLAS(Tunable DiodeLaser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)气体分析仪及方法。

背景技术

目前，对痕量气体浓度的分析技术是多种多样的，但是为了满足对大气中的痕量气体进行监测，必须满足两个重要的要求：(一)作为一种可用的监测技术，必须具有足够高的灵敏度以便能够检测到野外条件下的痕量气体浓度。这个条件是非常苛刻的，但是必须满足，因为对于某些痕量气体，其在大气中的浓度可能低到0.1ppt到几个ppb，但是对大气的化学过程却有着重要的影响。因此，根据具体的应用，检测限要求在0.1ppt到几个ppb的范围。(二)作为一种监测技术，它必须是精确的。这意味着用这种技术反演得到的测量的痕量气体的浓度，不会受到同时存在的其它痕量气体的影响。对监测技术更深一层的要求可能包括：基于这种技术的仪器设计和应用尽可能的简单，与传统的先采样后分析相比，需要能够实现实时测量，能够实现无人值守等；同时要考虑的是仪器的重量、灵活性，以及野外操作条件等等。

如图1所示，现有技术中典型的直接吸收测量法为：通过锯齿扫描改变激光器的注入电流来对激光器的波长进行调谐；激光器发出的激光经过反射镜被分成两束：其中，一束激光直接透过发射镜并通过测量的气体介质，被第一探测器检测，其强度被测量；由于气体的吸收，激光的强度图如图2所示，通过对谱线上没有气体吸收的区域进行低阶的多项式拟合，可以得到近似的初始激光强度(图2a)，由这两个强度能够得到随时间变化的吸光度，但要反映气体的浓度，需要将吸光度转换到频域，因此用另外一束激光通过标准具，并被第二探测器检测，其强度被测量(图2b)，标准具谱线的峰-峰值之间的距离在光学频域是一个常量，也就是标准具的自由谱线范围(FSR)，因此，标准具的谱线反应了激光的频率与时间的关系，利用这种关系可以将吸光度转换到频域，得到频域上的吸收谱线(图3)，然后用理论上的跃迁线型去拟合这条谱线，就能够得到气体的浓度。其中，图2a中的曲线S1是指多项式拟合得到激光的初始强度，曲线S2测量得到的激光信号，S3是指用来得到初始强度的谱线拟合区域)。基于上述，研发一种实现多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的接吸收式TDLAS气体分析仪实为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接吸收式TDLAS气体分析仪，实现了一种多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的分析测量，提高系统的灵敏度和精度。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种直接吸收式TDLAS气体分析仪，包含：现场端一体化保温箱，包含通过相互配合进行气体过滤采样的气动阀与射流泵，以及高温检测池、反射镜、探测器与电路板；过滤采样后的气体被送入到所述高温检测池；激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过所述反射镜反射到探测器上，通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，所述电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由电路板上的信号输出电路输出；

与所述现场端一体化保温箱通信连接的客户端分析机，接收所述信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。