CN114324209A - 基于吸收光谱技术的流体检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于吸收光谱技术的流体检测装置和方法，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置包括光源、分光单元、探测器和流体室，所述光源发出的测量光是复色光；调制单元设置在所述分光部件和探测器之间的光路上，使得所述流体室内无吸收时，所述探测器输出的各个波长处的强度根据测量需求进行调制。本发明具有结构简单、信噪比高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及流体分析，特别涉及基于吸收光谱技术的流体检测装置和方法。
背景技术
对光学检测系统，如二极管阵列检测器，常用光源包括氘灯和钨灯。其中，氘灯能量分布差异大，紫外区域(200-370nm)峰值强度三倍于可见区域(370-800nm)，可见区域存在氘灯特征谱线，特征谱线处能量较高。氘灯光强不均衡容易导致探测器紫外区域饱和而可见区域不饱和，影响可见区域光谱信噪比。尽管探测器紫外波段量子效率低于可见区域，然而仍然存在一定程度的光强不均衡的干扰。钨灯则存在发热量高、稳定性差、寿命短的特点，且钨灯发热直接影响检测器温度稳定性和机械稳定性。光源调制方法中，常用钨灯来增强氘灯可见波段能量，然而钨灯的特性会导致系统稳定性和性能下降。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于吸收光谱技术的流体检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于吸收光谱技术的流体检测装置，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置包括光源、分光单元、探测器和流体室，所述光源发出的测量光是复色光；所述基于吸收光谱技术的流体检测装置还包括：
调制单元，所述调制单元设置在所述分光部件和探测器之间的光路上，使得所述流体室内无吸收时，所述探测器输出的各个波长处的强度相同。
本发明的目的还在于提供了基于吸收光谱技术的流体检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
基于吸收光谱技术的流体检测方法，所述基于吸收光谱技术的流体检测方法为：
光源发出的测量光穿过流体室，流体室内流体对所述测量光无吸收；
从流体室出射的测量光被分光单元分光，经过调制单元后被探测器接收，使得探测器输出的不同波长光的强度相同；
待测流体进入所述流体室，光源发出的测量光依次经过所述流体室、分光部件和调制单元，被所述探测器接收；
分析单元利用吸收光谱技术处于探测器的输出信号，从而得到待测流体的信息。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.结构简单；
在光路中设置与光波长对应的调制单元，结构简单，无需复杂操作；
2.信噪比高；
通过设置调制单元，保证原有系统光源光强较高部分的信噪比基本不变的情况下，提高低光强波段信噪比，实现整个波段相对高的信噪比水平。
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基于吸收光谱技术的流体检测方法的流程示意图。
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。为了解释本发明技术方案，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：
本发明实施例的基于吸收光谱技术的流体检测装置，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置包括：
光源、分光单元、探测器和流体室，所述光源采用氘灯，分光单元采用光栅，探测器采用线阵探测器，光栅和探测器固定设置；
调制单元，采用多组挡光部件，每组挡光部件与波长对应，每组挡光部件间的缝隙宽度与波长匹配，该波长处的光强越强，该组挡光部件的缝隙越窄，通过该组挡光部件的光强越弱；所述调制单元固定地设置在所述分光部件和探测器之间的光路上，使得所述流体室内无吸收时，所述探测器输出的各个波长处的强度根据需要调整，如相同。
本发明实施例的基于吸收光谱技术的流体检测方法，也即本发明实施例的流体检测装置的工作方法，如图1所示，所述基于吸收光谱技术的流体检测方法为：
光源发出的测量光穿过流体室，流体室内流体对所述测量光无吸收；
从流体室出射的测量光被分光单元分光，经过调制单元后被探测器接收，使得探测器输出的不同波长光的强度相同；所述调制单元的工作方式为，采用多组挡光部件，每组挡光部件与波长对应，每组挡光部件间的缝隙宽度与波长匹配，该波长处的光强越强，该组挡光部件的缝隙越窄；
待测流体进入所述流体室，光源发出的测量光依次经过所述流体室、分光部件和调制单元，被所述探测器接收；
分析单元利用吸收光谱技术处于探测器的输出信号，从而得到待测流体的信息。
实施例2：
本发明实施例的基于吸收光谱技术的流体检测装置和方法，与实施例1不同的是：
调制单元采用多个吸光部件，每个挡光部件与波长对应，每个吸光部件的透过率与波长匹配，该波长处的光强越强，该吸光部件对该波长的光的吸收越强。
实施例3：
本发明实施例的基于吸收光谱技术的流体检测装置和方法，与实施例1不同的是：
基于吸收光谱技术的流体检测装置还包括：
第一驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动分光单元如光栅转动，探测器是点式探测器，且固定；
调制单元包括第一挡光部件、第二挡光部件和第二驱动单元，所述第二驱动单元用于驱动所述第一挡光部件和/或第二挡光部件，调整第一挡光部件和第二挡光部件间的缝隙宽度，所述探测器是点式探测器。
基于吸收光谱技术的流体检测方法为：
光源发出的测量光穿过流体室，流体室内流体对所述测量光无吸收；
从流体室出射的测量光被分光单元分光，第一驱动单元驱动分光单元旋转，使得不同波长的光分时间地入射到探测器上，分光单元的旋转角度与入射到探测器上的光波长对应，通过调节第一挡光部件和第二挡光部件间的缝隙宽度(即距离)，使得穿过所述缝隙的光被探测器接收，探测器输出的不同波长光的强度相同，记录旋转角度与缝隙宽度间的对应关系；
待测流体进入所述流体室，光源发出的测量光依次经过所述流体室、分光部件和调制单元，第一驱动单元驱动分光单元旋转，根据所述对应关系、旋转角度而调节第一挡光部件和第二挡光部件间的缝隙宽度，使得不同波长的光被所述探测器接收；
分析单元利用吸收光谱技术处于探测器的输出信号，从而得到待测流体的信息。
实施例4：
本发明实施例的基于吸收光谱技术的流体检测装置和方法，与实施例1不同的是：
基于吸收光谱技术的流体检测装置还包括：
第一驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述分光单元转动，所述探测器固定；
所述调制单元包括吸光部件和更换单元，所述更换单元用于将不同透过率的吸光部件设置在所述光路中，所述探测器是点式探测器。
基于吸收光谱技术的流体检测方法为：
光源发出的测量光穿过流体室，流体室内流体对所述测量光无吸收；
从流体室出射的测量光被分光单元分光，第一驱动单元驱动分光单元旋转，使得不同波长的光分时间地入射到探测器上，分光单元的旋转角度与入射到探测器上的光波长对应，更换单元将不同透过率的吸光部件设置在分光单元和探测器之间的光路中，使得穿过所述吸光部件的光被探测器接收，探测器输出的不同波长光的强度相同，记录旋转角度与透过率间的对应关系；
待测流体进入所述流体室，光源发出的测量光依次经过所述流体室、分光部件和调制单元，第一驱动单元驱动分光单元旋转，根据所述对应关系、旋转角度而调节第一挡光部件和第二挡光部件间的缝隙宽度，使得不同波长的光被所述探测器接收；
分析单元利用吸收光谱技术处于探测器的输出信号，从而得到待测流体的信息。
Claims (10)
1.基于吸收光谱技术的流体检测装置，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置包括光源、分光单元、探测器和流体室，所述光源发出的测量光是复色光；其特征在于，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置还包括：
调制单元，所述调制单元设置在所述分光部件和探测器之间的光路上，使得所述流体室内无吸收时，所述探测器输出的各个波长处的强度根据测量需求进行调制。
2.根据权利要求1所述的基于吸收光谱技术的流体检测装置，其特征在于，所述探测器是线阵探测器；所述调制单元采用多组挡光部件，每组挡光部件与波长对应，每组挡光部件间的缝隙宽度与波长匹配，该波长处的光强越强，该组挡光部件的缝隙越窄。
3.根据权利要求1所述的基于吸收光谱技术的流体检测装置，其特征在于，所述探测器是线阵探测器；所述调制单元采用多个吸光部件，每个挡光部件与波长对应，每个吸光部件的透过率与波长匹配，该波长处的光强越强，该吸光部件对该波长的光的吸收越强。
4.根据权利要求1所述的基于吸收光谱技术的流体检测装置，其特征在于，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置还包括：
第一驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述分光单元转动，所述探测器固定；
所述调制单元包括第一挡光部件、第二挡光部件和第二驱动单元，所述第二驱动单元用于驱动所述第一挡光部件和/或第二挡光部件，调整第一挡光部件和第二挡光部件间的缝隙宽度，所述探测器是点式探测器。
5.根据权利要求1所述的基于吸收光谱技术的流体检测装置，其特征在于，所述基于吸收光谱技术的流体检测装置还包括：
第一驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述分光单元转动，所述探测器固定；
所述调制单元包括吸光部件和更换单元，所述更换单元用于将不同透过率的吸光部件设置在所述光路中，所述探测器是点式探测器。
6.基于吸收光谱技术的流体检测方法，所述基于吸收光谱技术的流体检测方法为：
光源发出的测量光穿过流体室，流体室内流体对所述测量光无吸收；
从流体室出射的测量光被分光单元分光，经过调制单元后被探测器接收，使得探测器输出的不同波长光的强度相同；
待测流体进入所述流体室，光源发出的测量光依次经过所述流体室、分光部件和调制单元，被所述探测器接收；
分析单元利用吸收光谱技术处于探测器的输出信号，从而得到待测流体的信息。
7.根据权利要求6所述的基于吸收光谱技术的流体检测方法，其特征在于，所述调制单元采用多组挡光部件，每组挡光部件与波长对应，每组挡光部件间的缝隙宽度与波长匹配，该波长处的光强越强，该组挡光部件的缝隙越窄；所述探测器是线阵探测器。
8.根据权利要求6所述的基于吸收光谱技术的流体检测方法，其特征在于，所述探测器是线阵探测器；所述调制单元采用多个吸光部件，每个挡光部件与波长对应，每个吸光部件的透过率与波长匹配，该波长处的光强越强，该吸光部件对该波长的光的吸收越强。
9.根据权利要求6所述的基于吸收光谱技术的流体检测方法，其特征在于，第一驱动单元驱动所述分光单元转动，所述探测器固定；
所述调制单元包括第一挡光部件、第二挡光部件和第二驱动单元，所述第二驱动单元用于驱动所述第一挡光部件和/或第二挡光部件，调整第一挡光部件和第二挡光部件间的缝隙宽度，所述探测器是点式探测器。
10.根据权利要求6所述的基于吸收光谱技术的流体检测方法，其特征在于，第一驱动单元用于驱动所述分光单元转动，所述探测器固定；
所述调制单元包括吸光部件和更换单元，所述更换单元用于将不同透过率的吸光部件设置在所述分光单元和探测器之间的光路中，所述探测器是点式探测器。
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