CN104677880A - 激光拉曼气体分析系统以及实时差分去背景噪声测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光拉曼气体分析系统以及实时差分去背景噪声测量方法，在激光拉曼气体分析系统的实时测量中，由光谱分析仪获取被测量气体的拉曼散射光谱图，通过一挡光板采用光路交替实时遮挡方式消除系统基底噪声带来的影响，得到一个去除背景噪声后的被测量气体的拉曼散射光谱图。在激光拉曼气体分析系统的测量中，此测量方法能实时消除系统基底噪声带来的影响，大大提高测量的精度，而且此消除基底的测量方法简单，容易实现。

Description

激光拉曼气体分析系统以及实时差分去背景噪声测量方法

技术领域

本发明涉及一种激光拉曼气体分析系统的测量方法，特别是一种激光拉曼气体分析系统以及实时差分去背景噪声测量方法。

背景技术

光照射到物质上时会发生散射。在发生散射时，大部分散射光的波长并不发生变化，这种波长不发生变化的散射称为瑞利散射；少部分散射光的波长会增大或减小，这种波长发生变化的散射称作拉曼散射，其对应的光谱称为拉曼光谱。

拉曼光谱图是利用拉曼光谱对物质进行分析的依据，定波长激光拉曼散射技术是目前最先进的气体测量技术之一，近些年得到了迅猛的发展，被认为是具有革命性变革的全新测量方法。

而气体分析系统测量的准确度，通常与获得的被测气体的拉曼光谱图质量有很大的关系，而此光谱图往往会受到背景噪声的很大影响，这些背景噪声包括机器噪声、荧光噪声、其他物质的拉曼光谱等。背景噪声的干扰会影响测量的精度，从而使整个标定过程难以有效进行，因此，必须进行一些合理的消除噪声的处理，以保证测量的准确度。

常用的去除背景噪声的方法有数字平滑滤波法、多项式拟合基线校正、小波变换和高通与低通滤波法等。以上这些方法在某些情况下能够有效去除及其噪声、荧光等的干扰，但在复杂体系中，这些方法对于其他非探测物质的拉曼光谱干扰则无能为力，面对高强度的荧光背景干扰时也达不到理想的效果。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能实时消除系统基底噪声带来的影响，大大提高测量的精度，而且此消除基底的测量方法简单，容易实现的一种激光拉曼气体分析系统以及实时差分去背景噪声测量方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种激光拉曼气体分析系统，其特征在于，包括：

一光谱分析仪：用于接收激光束与气体样品相互作用产生的拉曼散射信号；

一泵浦激光器：用于产生固定波长的激光光束；

一反应气室：用于接收气体样品，在反应气室内，气体样品经过激光照射后能产生拉曼散射；

一挡光板：设置在反应气室内，用于实现光路交替实时遮挡；

一运动控制单元：用于控制挡光板的运动，实现实时遮挡的运动控制；

一光路系统：用于将激光器产生的激光束经反射和透射后进入反应气室与被测气体进行反应和用于收集拉曼散射信号；该光路系统包括：

一窄带滤光镜：设置在泵浦激光器下方，用于过滤定波长的激光光束；

一聚焦透镜：用于将激光束聚焦到反应气室，并用于收集和准直拉曼信号；

一收集透镜：用于聚焦拉曼信号

一分光镜：将激光束反射到聚焦透镜，以及通过拉曼信号；

一长通滤光镜：用于过滤瑞利散射；

一拉曼收集器：为一个空腔的本体，收集透镜设置在空腔的本体的前端，尾端通过光纤与光谱分析仪连接；

所述聚焦透镜、收集透镜、分光镜以及长通滤光镜的中心在同一直线上；

一种激光拉曼气体分析系统中实时差分去背景噪声测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3.1，运行系统，开始进行实时测量；

步骤3.2，运动控制单元控制挡光板旋转至平行状态，由光谱分析仪实时获取一个被测气体的拉曼光谱信息Ls；

步骤3.3，运动控制单元控制挡光板旋转至垂直，由光谱分析仪实时获取一个背景噪声的拉曼光谱信息Lb；

步骤3.4，由数据处理系统根据步骤3.3得到的拉曼光谱信息进行差分去除基底噪声，实时获得去除背景噪声后的拉曼光谱信息Lc；

步骤3.5，通过运动控制单元实时调整挡光板的运动，用于实现交替遮挡方式并控制拉曼光谱信息的采集，重复多次3.2到3.4步骤，获取多个去除背景噪声后的拉曼光谱信息，最后取平均值以实时获取准确的去除背景噪声后的拉曼光谱信息Lc′。

因此，本发明具有如下优点：能实时消除系统基底噪声带来的影响，大大提高测量的精度，而且此消除基底的测量方法简单，容易实现。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明中不挡挡光板时，由光谱分析仪实时获取N2的拉曼光谱信息Ls。

图3为本发明中经差分去除基底噪声，实时获得的去除背景噪声后的N2拉曼光谱信息Lc

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一、如图1所示，本发明包括：

一光谱分析仪：用于接收激光束与气体样品相互作用产生的拉曼散射信号；

一泵浦激光器：用于产生固定波长的激光光束；

一反应气室：用于接收气体样品，在反应气室内，气体样品经过激光照射后能产生拉曼散射；

一挡光板：设置在反应气室内，用于实现光路交替实时遮挡；

一运动控制单元：用于控制挡光板的运动，实现实时遮挡的运动控制；

一光路系统：用于将激光器产生的激光束经反射和透射后进入反应气室与被测气体进行反应和用于收集拉曼散射信号；该光路系统包括：

一窄带滤光镜：设置在泵浦激光器下方，用于过滤定波长的激光光束；

一聚焦透镜：用于将激光束聚焦到反应气室，并用于收集和准直拉曼信号；

一收集透镜：用于聚焦拉曼信号

一分光镜：将激光束反射到聚焦透镜，以及通过拉曼信号；

一长通滤光镜：用于过滤瑞利散射；

一拉曼收集器：为一个空腔的本体，收集透镜设置在空腔的本体的前端，尾端通过光纤与光谱分析仪连接；

其中，聚焦透镜、收集透镜、分光镜以及长通滤光镜的中心在同一直线上；

二、下面以通入纯N2为例，详细介绍采用上面分析系统的具体操作步骤，包括：

步骤1运行如图1所示的系统，开始进行实时测量；

步骤2不挡挡光板时，由光谱分析仪实时获取一个被测气体的拉曼光谱信息Ls，如图2所示；

步骤3挡挡光板时，由光谱分析仪实时获取一个背景噪声的拉曼光谱信息Lb；

步骤4由数据处理系统差分去除基底噪声，实时获得去除背景噪声后的拉曼光谱信息Lc，如图3所示；

步骤5通过一运动控制系统实时调整挡光板的运动，用于实现交替遮挡方式并控制拉曼光谱信息的采集，重复多次3.2到3.4步骤，最后取平均值以实时获取准确的去除背景噪声后的拉曼光谱信息Lc′。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种激光拉曼气体分析系统，其特征在于，包括：

一光谱分析仪：用于接收激光束与气体样品相互作用产生的拉曼散射信号；

一泵浦激光器：用于产生固定波长的激光光束；

一反应气室：用于接收气体样品，在反应气室内，气体样品经过激光照射后能产生拉曼散射；

一挡光板：设置在反应气室内，用于实现光路交替实时遮挡；

一运动控制单元：用于控制挡光板的运动，实现实时遮挡的运动控制；

一光路系统：用于将激光器产生的激光束经反射和透射后进入反应气室与被测气体进行反应和用于收集拉曼散射信号；该光路系统包括：

一窄带滤光镜：设置在泵浦激光器下方，用于过滤定波长的激光光束；

一聚焦透镜：用于将激光束聚焦到反应气室，并用于收集和准直拉曼信号；

一收集透镜：用于聚焦拉曼信号

一分光镜：将激光束反射到聚焦透镜，以及通过拉曼信号；

一长通滤光镜：用于过滤瑞利散射；

一拉曼收集器：为一个空腔的本体，收集透镜设置在空腔的本体的前端，尾端通过光纤与光谱分析仪连接；

所述聚焦透镜、收集透镜、分光镜以及长通滤光镜的中心在同一直线上。

2.一种激光拉曼气体分析系统中实时差分去除背景噪声的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3.1，运行系统，开始进行实时测量；

步骤3.2，运动控制单元控制挡光板旋转至平行状态，由光谱分析仪实时获取一个被测气体的拉曼光谱信息Ls；

步骤3.3，运动控制单元控制挡光板旋转至垂直，由光谱分析仪实时获取一个背景噪声的拉曼光谱信息Lb；

步骤3.4，由数据处理系统根据步骤3.3得到的拉曼光谱信息进行差分去除基底噪声，实时获得去除背景噪声后的拉曼光谱信息Lc；

步骤3.5，通过运动控制单元实时调整挡光板的运动，用于实现交替遮挡方式并控制拉曼光谱信息的采集，重复多次3.2到3.4步骤，获取多个去除背景噪声后的拉曼光谱信息，最后取平均值以实时获取准确的去除背景噪声后的拉曼光谱信息Lc′。