CN103323394A

CN103323394A - 顶空气体测量装置

Info

Publication number: CN103323394A
Application number: CN 201310248271
Authority: CN
Inventors: 高翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明公开了一种顶空气体测量装置。它包括依次与激光器（1）连接的光纤（2）、光隔离器（3）、光纤分束器（4）、第一光纤准直器（5）和第二光纤准直器（6），其中的第一光纤准直器（5）输出端的参考光路（7）上置有位于位移导轨（12）上的第一探测器（10），第二光纤准直器（6）输出端的测量光路（9）上依次置有待测样品（8）和第二探测器（11），两只探测器的输出端与数据采集卡（13）的输入端电连接，数据采集卡（13）的输入端与三角波信号发生器（15）的输出端电连接、输出端与计算机（14）电连接，三角波信号发生器（15）的输出端经激光控制器（16）与激光器（1）的输入端电连接。它可广泛地用于瓶装药品顶空气体的精准测量。

Description

顶空气体测量装置

技术领域

本发明涉及一种气体测量装置，尤其是一种顶空气体测量装置。

背景技术

集单色性、相干性和方向性特点于一身的激光，自从被人们发现并通过各种器件发射出光以来，已广泛地应用于国民经济的各个领域，如在2005年8月25日公布的专利合作条约国际专利申请公开说明书WO 2005/078413 A1中披露的一种“天然气体样品的分析方法和装置”。该说明书中提及的分析装置为，激光器经光纤与光纤分束器连接，由光纤分束器分出的参考光路上置有第一光电二极管、测量光路上依次置有样品室和第二光电二极管；分析方法为，先选取合适的频谱，再通过环境气体和待测气体形成的吸收信号减去环境气体形成的参考光路吸收信号，得到待测气体的吸收信号。这种分析装置和方法虽能对天然气进行测量，却也存在着不足之处，首先，光纤分束器产生的反射光会向激光谐振腔内反馈，从而产生标准具效应，影响了测量的灵敏度和准确性；其次，测量光路与参考光路上的环境气体的非一致性，也大大地影响了测量的精确度；最后，不能对在不损害瓶装药品原有包装及不影响药品性质的前提下对药品包装的密封性进行快速有效地检测，即不能实时地分辨出瓶装药品顶空气体的压力和种类。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种结构合理、测量精准的顶空气体测量装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：顶空气体测量装置包括与激光器依次连接的光纤和光纤分束器，以及分别与光纤分束器的输出端连接的第一光纤准直器和第二光纤准直器，其中，第一光纤准直器输出端的参考光路上置有第一探测器，第二光纤准直器输出端的测量光路上依次置有待测样品和第二探测器，特别是，

所述激光器与光纤分束器之间置有光隔离器；

所述第一探测器置于位移导轨上；

所述第一探测器和第二探测器的输出端与数据采集卡的输入端电连接，所述数据采集卡的输入端与三角波信号发生器的输出端电连接、输出端与计算机电连接，所述三角波信号发生器的输出端经激光控制器与激光器的输入端电连接。

作为顶空气体测量装置的进一步改进，所述的位移导轨的移动轨迹与参考光路平行；所述的激光器为分布反馈式半导体激光器，或量子级联激光器。

相对于现有技术的有益效果是，采用在与激光器依次连接的光纤和光纤分束器，以及分别与光纤分束器的输出端连接的第一光纤准直器和第二光纤准直器，其中，第一光纤准直器输出端的参考光路上置有第一探测器，第二光纤准直器输出端的测量光路上依次置有待测样品和第二探测器的基础之上，再于激光器与光纤分束器之间置有光隔离器，并将第一探测器置于位移导轨上，同时使第一探测器和第二探测器的输出端与数据采集卡的输入端电连接，数据采集卡的输入端与三角波信号发生器的输出端电连接、输出端与计算机电连接，三角波信号发生器的输出端经激光控制器与激光器的输入端电连接的技术方案，既有效地阻止了来自光纤分束器的反射光对激光器谐振腔的反馈，杜绝了标准具效应的发生；又通过第一探测器下的位移导轨的移动而使通过测量光路上的环境气体的光程与通过参考光路上的环境气体的光程完全一致，极大地消除了环境气体对测量精确度的影响；还能由两只探测器、数据采集卡、三角波信号发生器、激光控制器和计算机的协同运行而实时地检测出待测样品——瓶装药品顶空气体的压力和种类，尤为三角波信号发生器的采用，便于了测量信号的获得和优化处理；更有着结构合理、测量精准的特点。

作为有益效果的进一步体现，一是优选位移导轨的移动轨迹与参考光路平行，便于第一光纤准直器与第一探测器间距的精确调节。二是激光器优选为分布反馈式半导体激光器或量子级联激光器，易于激光束的调整。

附图说明

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

图1是本发明的一种基本结构示意图。

图2是使用本发明测得的顶空气体压强的结果图。由该图可知，本发明于气体压强为0～1atm范围内的线性度为0.9973，平均标准偏差为1.12%。

图3是使用本发明测得的顶空气体水汽浓度的结果图。由该图可知，本发明于水汽浓度为0～10%范围内的线性度为0.9882，平均标准偏差为5.56%。

具体实施方式

参见图1，顶空气体测量装置的构成如下：

激光器1的输出端依次连接有光纤2、光隔离器3和光纤分束器4，其中，激光器1为分布反馈式半导体激光器（或量子级联激光器）。光纤分束器4的输出端连接有第一光纤准直器5和第二光纤准直器6，其中，第一光纤准直器5输出端的参考光路7上置有位于位移导轨12上的第一探测器10，第二光纤准直器6输出端的测量光路9上依次置有待测样品8和第二探测器11；位移导轨12的移动轨迹与参考光路7平行，待测样品8为其顶部有空气的瓶装药品，第一探测器10与第一光纤准直器5的间距相同于扣除待测样品8瓶直径的第二探测器11与第二光纤准直器6的间距。上述第一探测器10和第二探测器11的输出端均与数据采集卡13的输入端电连接，数据采集卡13的输入端与三角波信号发生器15的输出端电连接、输出端与计算机14电连接，三角波信号发生器15的输出端经激光控制器16与激光器1的输入端电连接。

测量时，激光器1在激光控制器16所设定的温度及电流下工作，三角波信号发生器15产生的三角波信号送入激光控制器16后，使激光器1输出的光束频谱位于所需要的吸收峰位置，该三角波信号同时被数据采集卡13送入计算机14中。激光器1在三角波扫描下产生的光束经光纤2和光隔离器3后进入光纤分束器4中被分为两束，其中的一束进入第一光纤准直器5后被准直成参考光束，该参考光束与环境空气作用后形成由含有环境空气信息的参考光束构成的参考光路7，此含有环境空气信息的参考光束被参考光路7上置有的第一探测器10接收，得到参考信号；另一束进入第二光纤准直器6后被准直成测量光束，该测量光束与环境空气和待测瓶装药品的顶空气体作用后形成由含有环境空气信息和待测瓶装药品顶空气体信息的测量光束构成的测量光路9，此含有环境空气信息和待测瓶装药品顶空气体信息的测量光束被测量光路9上置有的第二探测器11接收，得到测量信号。第一探测器10和第二探测器11输出的参考信号和测量信号均由数据采集卡13采集后送入计算机14中，计算机14对三角波信号发生器15、第一探测器10和第二探测器11送来的三角波信号、参考信号和测量信号进行分析处理：先将来自第一探测器10的参考信号和第二探测器11的测量信号均转化为直接吸收信号，再将第二探测器11的直接吸收信号减去第一探测器10的直接吸收信号，得到差值信号；然后，先对差值信号进行滤波，再对其进行Voigt线型拟合，得到相应的线宽及积分吸收面积，由此可得出如或近似于图2和图3所示的待测瓶装药品的顶空气体的压强及其中水汽的浓度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的顶空气体测量装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种顶空气体测量装置，包括与激光器（1）依次连接的光纤（2）和光纤分束器（4），以及分别与光纤分束器（4）的输出端连接的第一光纤准直器（5）和第二光纤准直器（6），其中，第一光纤准直器（5）输出端的参考光路（7）上置有第一探测器（10），第二光纤准直器（6）输出端的测量光路（9）上依次置有待测样品（8）和第二探测器（11），其特征在于：

所述激光器（1）与光纤分束器（4）之间置有光隔离器（3）；

所述第一探测器（10）置于位移导轨（12）上；

所述第一探测器（10）和第二探测器（11）的输出端与数据采集卡（13）的输入端电连接，所述数据采集卡（13）的输入端与三角波信号发生器（15）的输出端电连接、输出端与计算机（14）电连接，所述三角波信号发生器（15）的输出端经激光控制器（16）与激光器（1）的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的顶空气体测量装置，其特征在于：所述位移导轨（12）的移动轨迹与参考光路（7）平行。

3.根据权利要求1所述的顶空气体测量装置，其特征在于：所述激光器（1）为分布反馈式半导体激光器，或量子级联激光器。