CN108827912B - 一种同步精确测量多种气体浓度的方法 - Google Patents
一种同步精确测量多种气体浓度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108827912B CN108827912B CN201810711611.5A CN201810711611A CN108827912B CN 108827912 B CN108827912 B CN 108827912B CN 201810711611 A CN201810711611 A CN 201810711611A CN 108827912 B CN108827912 B CN 108827912B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- reflector
- laser
- detection laser
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
- G01N2021/391—Intracavity sample
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种同步精确测量多种气体浓度的方法,包括如下步骤:一束泵浦光入射至第一谐振腔,形成第一检测激光;另一束泵浦光入射至第二谐振腔,形成第二检测激光;第一、第二检测激光直接传输到样品池(22),在所述样品池(22)内多次反射后,从所述样品池(22)的光出射口(23)射出,经可调会聚透镜(24)会聚到吸收光谱仪(25)中,所述光谱仪(25)把接收的光信号转化为电信号传递给计算机(26),计算机(26)通过分析计算第一检测激光的测量值N1和第二检测激光的测量值N2,获得精确的气体浓度值N。本发明通过采用双波长进行测量,相互作为参考标准进行脉宽校对,获得了精确的测量结果,满足了高精度下多种气体的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种多种气体浓度的检测方法,特别是一种同步精确测量多种气体浓度的方法。
背景技术
工业和商业通常需要对一定空间内的有害气体进行精确测量,以确保这一空间范围内的安全性。目前,需要防止的有害气体包括SO2、H2S、CO等。所诉的有害气体是否满足特定纯度界限和/或这些气体的排放是否符合环境规定。诸如过程控制、排放和环境监控、安全性以及空气调节之类的典型应用需要精确的浓度测量。
波长调制光谱是一种增强气体测量的灵敏度的方式,在测量较小浓度时尤其重要。通常采用测量入射光和出射光的光谱强度,计算出被测气体的浓度。但现有的测量方法精度不高,对于一些要求不高的情况尚可接受,但是对于一些对精度要求较高的环境,现有的测量方法往往不能精确测量出该空间的有害气体浓度,另外,现有的气体浓度检测方法只能采用单一检测的方法,不能同时检测多种有害气体的浓度,因此,开发一种能够同时精确测量多种有害气体的方法十分有必要。
发明内容
本发明为了解决现有气体浓度不能同时测量的技术问题。提出了一种同步精确测量多种气体浓度的方法,包括如下步骤:
谱线宽度为0.1nm的光纤激光器1输出1064nm线偏振激光,经1064nm半反半透镜2分成两束泵浦光;
一束泵浦光入射至第一谐振腔,所述第一谐振腔包括第一反射镜4、第二反射镜9、第三反射镜3和第四反射镜10,入射光经第一反射镜4传输给第一晶体8;通过调节温度控制器使所述第一晶体8产生2636nm闲频光、1784nm信号光;所述2636nm闲频光、1784nm信号光和1064nm泵浦光在所述第一谐振腔振荡;所述第一谐振腔内还包括第一光隔离器5、第一1/2波片6、第一法布里-珀罗标准具7,所述第一光隔离器5控制光的传输方向,所述第一1/2波片6控制泵浦光1064nm激光的偏振方向,所述第一法布里-珀罗标准具7控制2636nm闲频光的谱线宽度为0.0001nm,所述2636nm闲频光从第二反射镜9射出,形成第一检测激光;
所述第一检测激光直接传输到样品池22的第一入射口11,在所述样品池22内多次反射后,从所述样品池22的光出射口23射出,经可调会聚透镜24会聚到吸收光谱仪25中,所述光谱仪25把接收的光信号转化为电信号传递给计算机26,利用如下公式对H2S气体浓度进行计算获得H2S气体浓度N1,
公式中σ1为待测H2S气体在波长为2636nm激光下的吸收截面,A(λ1)为干扰因子,I0(λ1)为入射光强,I(λ1)为出射光强;
另一束泵浦光经半反半透镜2反射到1064nm全反镜12后,入射至第二谐振腔,所述第二谐振腔包括第五反射镜13、第六反射镜19、第七反射镜14和第八反射镜20,入射光经第五反射镜13传输给第二晶体16;通过调节温度控制器使所述第二晶体16产生3980nm闲频光、1452nm信号光;所述3980nm闲频光、1452nm信号光和1064nm泵浦光在所述第二谐振腔振荡;所述第二谐振腔内还包括第二光隔离器15、第二1/2波片17、第二法布里-珀罗标准具18,所述第二光隔离器15控制光的传输方向,所述第二1/2波片17控制泵浦光1064nm激光的偏振方向,所述第二法布里-珀罗标准具18控制3980nm闲频光的谱线宽度为0.0001nm,所述3980nm闲频光从所述第六反射镜19射出,形成第二检测激光;
所述第二检测激光直接传输到样品池22的第二入射口21,在所述样品池22内多次反射后,从所述样品池22的光出射口23射出,经可调会聚透镜24会聚到吸收光谱仪25中,所述光谱仪25把接收的光信号转化为电信号传递给计算机26,利用如下公式对SO2气体浓度进行计算获得SO2气体浓度N2,
公式中σ2为待测SO2气体在波长为3980nm激光下的吸收截面,A(λ2)为干扰因子,I0(λ2)为入射光强,I(λ2)为出射光强;
所述计算机26通过多次测量分析计算获得H2S浓度N1以及SO2浓度N2。
进一步的,还包括如下步骤:
通过多次测量,调整在不同的功率下,不同波长的测量值I(λ1)、I(λ2),进而确定干扰因子A(λ1)、A(λ2)的值;
结合式(1)(2)及上述干扰因子A(λ1)、A(λ2)的值,计算得出H2S浓度N1以及SO2浓度N2。
进一步的,通过计算机控制温度控制器,使控制温度精确在0.01℃,从而保证检测激光的波长的稳定性,进而保证测量浓度的准确性。
本发明的有益效果:本发明通过采用双波长进行测量,相互作为参考标准进行脉宽校对,获得了准确的脉宽对准检测,并通过多次测量,能够消除相应的干扰因子,并通过温控器精确控制检测激光波长获得精确的测量结果,满足了高精度下同时检测多种有害气体的需求。相较于单一波长的测量,该方法更加准确、简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的气体检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
如图1所示,一种同步精确测量多种气体浓度的方法,包括如下步骤:
谱线宽度为0.1nm的光纤激光器1输出1064nm线偏振激光,经1064nm半反半透镜2分成两束泵浦光;
一束泵浦光入射至第一谐振腔,所述第一谐振腔包括第一反射镜4、第二反射镜9、第三反射镜3和第四反射镜10,入射光经第一反射镜4传输给第一晶体8;通过调节温度控制器使所述第一晶体8产生2636nm闲频光、1784nm信号光;所述2636nm闲频光、1784nm信号光和1064nm泵浦光在所述第一谐振腔振荡;所述第一谐振腔内还包括第一光隔离器5、第一1/2波片6、第一法布里-珀罗标准具7,所述第一光隔离器5控制光的传输方向,所述第一1/2波片6控制泵浦光1064nm激光的偏振方向,所述第一法布里-珀罗标准具7控制2636nm闲频光的谱线宽度为0.0001nm,所述2636nm闲频光从第二反射镜9射出,形成第一检测激光;
所述第一检测激光直接传输到样品池22的第一入射口11,在所述样品池22内多次反射后,从所述样品池22的光出射口23射出,经可调会聚透镜24会聚到吸收光谱仪25中,所述光谱仪25把接收的光信号转化为电信号传递给计算机26,利用如下公式对H2S气体浓度进行计算获得H2S气体浓度N1,
公式中σ1为待测H2S气体在波长为2636nm激光下的吸收截面,A(λ1)为干扰因子,I0(λ1)为入射光强,I(λ1)为出射光强;
另一束泵浦光经半反半透镜2反射到1064nm全反镜12后,入射至第二谐振腔,所述第二谐振腔包括第五反射镜13、第六反射镜19、第七反射镜14和第八反射镜20,入射光经第五反射镜13传输给第二晶体16;通过调节温度控制器使所述第二晶体16产生3980nm闲频光、1452nm信号光;所述3980nm闲频光、1452nm信号光和1064nm泵浦光在所述第二谐振腔振荡;所述第二谐振腔内还包括第二光隔离器15、第二1/2波片17、第二法布里-珀罗标准具18,所述第二光隔离器15控制光的传输方向,所述第二1/2波片17控制泵浦光1064nm激光的偏振方向,所述第二法布里-珀罗标准具18控制3980nm闲频光的谱线宽度为0.0001nm,所述3980nm闲频光从所述第六反射镜19射出,形成第二检测激光;
所述第二检测激光直接传输到样品池22的第二入射口21,在所述样品池22内多次反射后,从所述样品池22的光出射口23射出,经可调会聚透镜24会聚到吸收光谱仪25中,所述光谱仪25把接收的光信号转化为电信号传递给计算机26,利用如下公式对SO2气体浓度进行计算获得SO2气体浓度N2,
公式中σ2为待测SO2气体在波长为3980nm激光下的吸收截面,A(λ2)为干扰因子,I0(λ2)为入射光强,I(λ2)为出射光强;
所述计算机26通过多次测量分析计算获得H2S浓度N1以及SO2浓度N2。
所述激光经谐振器高反镜4的45度面镀有1064nm高透、2000-4300nm高反膜,第一、第二晶体为非线性MgO:PPLN晶体。
上述第一检测光、第二检测光脉宽均为0.001nm,从而使得更加匹配硫化氢气体的吸收峰,吸收准确,减少其他吸收气体的干扰,保证了测量的准确性。通过精确控制第一、第二法布里-珀罗标准具的角度与厚度精度,使其满足脉宽的压缩,通常入射角度控制为45度,厚度为3-4mm。
另外,还包括如下步骤:
通过多次测量,调整在不同的功率下,不同波长的测量值I(λ1)、I(λ2),进而确定干扰因子A(λ1)、A(λ2)的值;
结合式(1)(2)及上述干扰因子A(λ1)、A(λ2)的值,计算得出H2S浓度N1以及SO2浓度N2。
进一步的,通过计算机控制温度控制器,使控制温度精确在0.01℃,从而保证检测激光的波长的稳定性,进而保证测量浓度的准确性。
本发明的有益效果:本发明通过采用双波长进行测量,相互作为参考标准进行脉宽校对,获得了准确的脉宽对准检测,并通过多次测量,能够消除相应的干扰因子,并通过温控器精确控制检测激光波长获得精确的测量结果,满足了高精度下同时检测多种有害气体的需求。相较于单一波长的测量,该方法更加准确、简单。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种同步精确测量多种气体浓度的方法,其特征在于包括如下步骤:
谱线宽度为0.1nm的光纤激光器(1)输出1064nm线偏振激光,经1064nm半反半透镜(2)分成两束泵浦光;
一束泵浦光入射至第一谐振腔,所述第一谐振腔包括第一反射镜(4)、第二反射镜(9)、第三反射镜(3)和第四反射镜(10),入射光经第一反射镜(4)传输给第一晶体(8);通过调节温度控制器使所述第一晶体(8)产生2636nm闲频光、1784nm信号光;所述2636nm闲频光、1784nm信号光和1064nm泵浦光在所述第一谐振腔振荡;所述第一谐振腔内还包括第一光隔离器(5)、第一1/2波片(6)、第一法布里-珀罗标准具(7),所述第一光隔离器(5)控制光的传输方向,所述第一1/2波片(6)控制泵浦光1064nm激光的偏振方向,所述第一法布里-珀罗标准具(7)控制2636nm闲频光的谱线宽度为0.0001nm,所述2636nm闲频光从第二反射镜(9)射出,形成第一检测激光;
所述第一检测激光直接传输到样品池(22)的第一入射口(11),在所述样品池(22)内多次反射后,从所述样品池(22)的光出射口(23)射出,经可调会聚透镜(24)会聚到吸收光谱仪(25)中,所述光谱仪(25)把接收的光信号转化为电信号传递给计算机(26),利用如下公式对H2S气体浓度进行计算获得H2S气体浓度N1,
公式中σ1为待测H2S气体在波长为2636nm激光下的吸收截面,A(λ1)为干扰因子,I0(λ1)为入射光强,I(λ1)为出射光强;
另一束泵浦光经半反半透镜(2)反射到1064nm全反镜(12)后,入射至第二谐振腔,所述第二谐振腔包括第五反射镜(13)、第六反射镜(19)、第七反射镜(14)和第八反射镜(20),入射光经第五反射镜(13)传输给第二晶体(16);通过调节温度控制器使所述第二晶体(16)产生3980nm闲频光、1452nm信号光;所述3980nm闲频光、1452nm信号光和1064nm泵浦光在所述第二谐振腔振荡;所述第二谐振腔内还包括第二光隔离器(15)、第二1/2波片(17)、第二法布里-珀罗标准具(18),所述第二光隔离器(15)控制光的传输方向,所述第二1/2波片(17)控制泵浦光1064nm激光的偏振方向,所述第二法布里-珀罗标准具(18)控制3980nm闲频光的谱线宽度为0.0001nm,所述3980nm闲频光从所述第六反射镜(19)射出,形成第二检测激光;
所述第二检测激光直接传输到样品池(22)的第二入射口(21),在所述样品池(22)内多次反射后,从所述样品池(22)的光出射口(23)射出,经可调会聚透镜(24)会聚到吸收光谱仪(25)中,所述光谱仪(25)把接收的光信号转化为电信号传递给计算机(26),利用如下公式对SO2气体浓度进行计算获得SO2气体浓度N2,
公式中σ2为待测SO2气体在波长为3980nm激光下的吸收截面,A(λ2)为干扰因子,I0(λ2)为入射光强,I(λ2)为出射光强;
所述计算机(26)通过多次测量分析计算获得H2S浓度N1以及SO2浓度N2;
还包括如下步骤:
通过多次测量,调整在不同的功率下,不同波长的测量值I(λ1)、I(λ2),进而确定干扰因子A(λ1)、A(λ2)的值;
结合式(1)(2)及上述干扰因子A(λ1)、A(λ2)的值,计算得出H2S浓度N1以及SO2浓度N2。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过计算机控制温度控制器,使温度精确控制在0.01℃,从而保证检测激光的波长的稳定性,进而保证测量浓度的准确性。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810321577 | 2018-04-11 | ||
CN2018103215770 | 2018-04-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108827912A CN108827912A (zh) | 2018-11-16 |
CN108827912B true CN108827912B (zh) | 2020-09-11 |
Family
ID=64135288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810711611.5A Active CN108827912B (zh) | 2018-04-11 | 2018-07-03 | 一种同步精确测量多种气体浓度的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108827912B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112858217B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-07-15 | 中国科学技术大学 | 一种双波长法定量检测碳14同位素的装置及光谱仪 |
CN115372264B (zh) * | 2022-10-26 | 2023-05-09 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种测量氨气和二氧化硫混合气体的方法 |
CN115541521B (zh) * | 2022-11-03 | 2023-05-23 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种红外波段激光测量多种气体浓度的方法 |
CN115598089B (zh) * | 2022-12-01 | 2023-05-26 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种有毒气体浓度测量方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1040435A (zh) * | 1988-06-08 | 1990-03-14 | 赖纳·齐彭 | 混合气体中各种气体的光谱定量分析方法和仪器 |
CN201063022Y (zh) * | 2007-06-25 | 2008-05-21 | 安徽宝龙环保科技有限公司 | 双灵敏度机动车尾气激光遥测装置 |
CN101454655A (zh) * | 2006-03-17 | 2009-06-10 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于半导体工艺的腔衰荡光谱仪 |
CN105717060A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 黑龙江工程学院 | 一种气体成分和浓度测量方法 |
CN106885785A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-06-23 | 黑龙江工程学院 | 测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及方法 |
-
2018
- 2018-07-03 CN CN201810711611.5A patent/CN108827912B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1040435A (zh) * | 1988-06-08 | 1990-03-14 | 赖纳·齐彭 | 混合气体中各种气体的光谱定量分析方法和仪器 |
CN101454655A (zh) * | 2006-03-17 | 2009-06-10 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于半导体工艺的腔衰荡光谱仪 |
CN201063022Y (zh) * | 2007-06-25 | 2008-05-21 | 安徽宝龙环保科技有限公司 | 双灵敏度机动车尾气激光遥测装置 |
CN105717060A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 黑龙江工程学院 | 一种气体成分和浓度测量方法 |
CN106885785A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-06-23 | 黑龙江工程学院 | 测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108827912A (zh) | 2018-11-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108827912B (zh) | 一种同步精确测量多种气体浓度的方法 | |
US10401281B2 (en) | Optical absorption spectroscopy based gas analyzer systems and methods | |
CN107941477B (zh) | 一种能精确控制入射角的分光镜测量方法及装置 | |
CN106500911B (zh) | 一种基于气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法 | |
CN105066889A (zh) | 一种便携式薄膜测厚仪及其膜厚测量方法 | |
CN108548787B (zh) | 一种光谱仪精确测量硫化氢气体浓度的方法 | |
CN104296875A (zh) | 一种光束偏振度测量装置和方法 | |
CN107655599A (zh) | 一种光学元件微小应力的测量方法 | |
CN108760653B (zh) | 一种光谱仪精确测量二氧化硫气体浓度的方法 | |
CN115356281B (zh) | 一种基于红外宽带光源的混合气体多参量测量方法 | |
CN106940220A (zh) | 一种简易低成本的波长实时测量装置 | |
CN109856078B (zh) | 光学气体检测系统 | |
CN110207822A (zh) | 高灵敏度光学时延估计系统、方法及介质 | |
CN210664764U (zh) | 高精度激光功率取样测量装置 | |
CN105716833A (zh) | 一种中红外闪耀光栅衍射效率的测量装置 | |
CN108562551B (zh) | 一种探测器精确测量二氧化硫气体浓度的方法 | |
CN108872099B (zh) | 一种探测器精确测量硫化氢气体浓度的方法 | |
CN107687935A (zh) | 一种高反射腔镜透过率的标定方法 | |
CN204679412U (zh) | 一种用于水质监测的背景光补偿装置 | |
CN206772801U (zh) | 一种串联式气体光谱分析双气室 | |
CN206740638U (zh) | 一种并联式气体光谱分析双气室 | |
CN110940640A (zh) | 一种强光吸收光谱测试系统及方法 | |
TWI592647B (zh) | 氣體測量裝置及氣體濃度測量方法 | |
CN107462188A (zh) | 高精度检测平面光学元件面形的方法 | |
CN114152195B (zh) | 一种双波长共光路激光干涉测量装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |