CN106290173A - 气体浓度多维分布的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体浓度多维分布的检测装置及方法，检测装置包括光源；耦合模块将光源发出的测量光耦合进检测池内；检测池具有进气口、出气口以及反射镜，测量光在反射镜间来回反射，部分测量光从反射镜透过；探测器分别接收从反射镜透射的测量光，电信号送计算模块；计算模块根据电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；分析模块根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度。本发明具有精度高、结构简单、低成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电分析，特别涉及气体浓度多维分布的检测装置及方法。
背景技术
目前，气体浓度二维分布的测量通常为扫描式，具体为：搭建扫描系统，扫描系统由旋转台和俯仰台构成，通过软件控制旋转台和俯仰台工作，使得侧测量光扫过空间内的不同方向，从而获得气体浓度的二维分布。
上述扫描式测量方式具有诸多不足，如：结构复杂，测量速度慢，且不能实现各区域气体浓度分布同时检测。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种同时检测不同方向上气体的气体浓度多维(二维或三维)分布的检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种气体浓度多维分布的检测装置，所述检测装置包括光源；其特征在于：所述检测装置进一步包括：
耦合模块，所述耦合模块用于将光源发出的测量光耦合进检测池内；
检测池，所述检测池具有进气口、出气口以及反射镜，耦合进检测池的测量光在反射镜间来回反射，测量光被反射镜反射时部分测量光从反射镜透过；
探测器，所述探测器分别接收从反射镜透射的测量光，转换出的电信号送计算模块；
计算模块，所述计算模块用于根据所述电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；
分析模块，所述分析模块用于根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度。
根据上述的检测装置，可选地，所述反射镜至少为2个，反射镜呈环形地布置在检测池侧壁的内侧或外侧，或作为检测池的侧壁。
根据上述的检测装置，优选地，所述反射镜对称布置。
根据上述的检测装置，可选地，射出所述检测池的测量光被探测器接收。
根据上述的检测装置，优选地，测量光在反射镜上的透过率为0.1％-10％。
根据上述的检测装置，优选地，所述光源是激光器。
根据上述的检测装置，可选地，检测池内的反射光处于同一平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的二维分布；或
检测池内的反射光处于不同平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的三维分布。
本发明的目的还在于提供了一种可同时检测不同方向上气体的气体浓度多维(二维或三维)分布的检测方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：
气体浓度多维分布的检测方法，所述气体浓度多维分布的检测方法包括以下步骤：
(A1)光源发出的测量光被耦合进检测池；
(A2)耦合进检测池的测量光在反射镜间来回反射，并穿过检测池内的气体，与待测气体相互作用后的测量光被反射镜反射时，部分测量光从反射镜透过；
(A3)探测器分别接收从反射镜透射的测量光，转换出的电信号送计算模块；
(A4)计算模块根据所述电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；
(A5)分析模块根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度。
根据上述的检测方法，可选地，所述反射镜至少为2个，反射镜呈环形地布置在检测池侧壁的内侧或外侧，或作为检测池的侧壁。
根据上述的检测方法，可选地，检测池内的反射光处于同一平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的二维分布；或，
检测池内的反射光处于不同平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的三维分布。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.同时获知气体浓度的二维或三维分布；
创造性地利用了测量光在检测池内的多次反射和透射，利用每次反射时光路的改变，以及对应于气体吸收的用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，从而同时获知检测池内(对应于不同的反射光光路的)不同方向上的气体浓度；
2.结构简单，可利用现有的多次反射池，增加反射镜的透过率，配置与反射镜数量对应的探测器。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的检测池的结构简图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
本实施例的气体浓度二维分布的检测装置，所述气体浓度的二维检测装置包括：
激光器，激光器发出的测量光的波长与待测气体的吸收谱线匹配；
光准直器件，如凸透镜组，所述光准直器件固定在所述激光器的出射光的光路上，准直所述测量光；
耦合模块，如耦合反射镜，所述耦合模块用于将准直后的测量光耦合进检测池；
图1示意性地给出了本实施例的检测池的结构简图，如图1所示，所述检测池包括：
本体11，所述本体上具有气体进口、出口；反射光均处在一个平面内；
反射镜，所述反射镜至少为2个，如采用凹面反射镜，所述反射镜对称地设置所述本体的侧壁的内侧或外侧，或作为本体的侧壁，测量光在所述反射镜之间来回反射，从而多次穿过待测气体21，但反射光81均处于同一平面；测量光在反射镜上折返时，部分测量光透过反射镜，透过率为0.1％-10％；
探测器61，所述探测器设置在穿过反射镜的透射光51的光路上，数量与反射镜匹配，透射光转换为电信号，并送计算模块；
计算模块，所述计算模块根据所述电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；
分析模块，所述分析模块根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度，也即同时获得一个平面上(与测量光路上的相邻两个反射镜间的光路方向对应的)不同方向上的气体浓度，即为气体浓度的二维分布。
本发明实施例的气体浓度二维分布的检测方法，也即上述检测装置的工作过程，所述检测方法包括以下步骤：
(A1)光源发出的测量光被耦合进检测池；
(A2)耦合进检测池的测量光在反射镜间来回反射，并多次穿过检测池内的气体，反射光均处于同一平面；与待测气体相互作用后的测量光被反射镜反射时，部分测量光从反射镜透过；
(A3)探测器分别接收从反射镜透射的测量光，转换出的电信号送计算模块；
(A4)计算模块根据所述电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；
(A5)分析模块根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度，也即同时获得一个平面上(与测量光路上的相邻两个反射镜间的光路方向对应的)不同方向上的气体浓度，即为气体浓度的二维分布。
实施例2：
本实施例的气体浓度三维分布的检测装置，与实施例1不同的是：
1.通过反射镜的布置，使得检测池内的反射光处于不同的平面，分析模块输出检测池内气体浓度的三维分布；
2.射出检测池的测量光被探测器接收。
本发明实施例的气体浓度三维分布的检测方法，与实施例1不同的是：
在步骤(A2)中，检测池内的测量光在反射镜上的反射光处于不同平面上；
(A3)探测器分别接收从反射镜透射的测量光，转换出的电信号送计算模块；
在步骤(A5)中，分析模块根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度，也即同时获得不同平面上(与测量光路上的相邻两个反射镜间的光路方向对应的)不同方向上的气体浓度，即为气体浓度的三维分布。
Claims (10)
1.一种气体浓度多维分布的检测装置，所述检测装置包括光源；其特征在于：所述检测装置进一步包括：
耦合模块，所述耦合模块用于将光源发出的测量光耦合进检测池内；
检测池，所述检测池具有进气口、出气口以及反射镜，耦合进检测池的测量光在反射镜间来回反射，测量光被反射镜反射时部分测量光从反射镜透过；
探测器，所述探测器分别接收从反射镜透射的测量光，转换出的电信号送计算模块；
计算模块，所述计算模块用于根据所述电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；
分析模块，所述分析模块用于根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述反射镜至少为2个，反射镜呈环形地布置在检测池侧壁的内侧或外侧，或作为检测池的侧壁。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述反射镜对称布置。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：射出所述检测池的测量光被探测器接收。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：测量光在反射镜上的透过率为0.1％-10％。
6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述光源是激光器。
7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：检测池内的反射光处于同一平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的二维分布；或
检测池内的反射光处于不同平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的三维分布。
8.气体浓度多维分布的检测方法，所述气体浓度多维分布的检测方法包括以下步骤：
(A1)光源发出的测量光被耦合进检测池；
(A2)耦合进检测池的测量光在反射镜间来回反射，并穿过检测池内的气体，与待测气体相互作用后的测量光被反射镜反射时，部分测量光从反射镜透过；
(A3)探测器分别接收从反射镜透射的测量光，转换出的电信号送计算模块；
(A4)计算模块根据所述电信号得出用于检测穿过测量光路上的相邻两个反射镜的透射光的探测器的输出信号之差，并送分析模块；
(A5)分析模块根据光谱技术、测量光在所述测量光路上的相邻两个反射镜间的光程去处理所述输出信号之差，从而获知所述测量光路上的相邻两个反射镜之间的光路方向上的气体浓度。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述反射镜至少为2个，反射镜呈环形地布置在检测池侧壁的内侧或外侧，或作为检测池的侧壁。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：检测池内的反射光处于同一平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的二维分布；或，
检测池内的反射光处于不同平面上，分析模块输出检测池内气体浓度的三维分布。
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