CN116698773A - 一种分子吸收光谱的测量方法及装置 - Google Patents

一种分子吸收光谱的测量方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116698773A
CN116698773A CN202310837045.3A CN202310837045A CN116698773A CN 116698773 A CN116698773 A CN 116698773A CN 202310837045 A CN202310837045 A CN 202310837045A CN 116698773 A CN116698773 A CN 116698773A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
wavelength
detected
light beam
gas
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.)
Pending
Application number
CN202310837045.3A
Other languages
English (en)
Inventor
陈政
李尚农
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Text Network Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Text Network Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Text Network Technology Co ltd filed Critical Beijing Text Network Technology Co ltd
Priority to CN202310837045.3A priority Critical patent/CN116698773A/zh
Publication of CN116698773A publication Critical patent/CN116698773A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • 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
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (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

本申请公开了一种分子吸收光谱的测量方法及装置，属于气体检测技术领域。该方法包括：通过包含一定波长范围的广谱光源向含有待测气体的吸收室发出第一光束；第一光束被吸收室中的待测气体部分吸收后射出，得到第二光束；第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光；通过探测器对出射光进行探测，得到出射光中各个波长和波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像；对感知图像进行处理分析，得到待测气体中待测分子的含量。本申请利用广谱光源作为入射光射入到吸收室中，利用不同波长具有不同得折射角的特点，进行光强度的分析，检测待测分子的含量，更简单。

Description

一种分子吸收光谱的测量方法及装置
技术领域
本申请涉及气体检测技术领域，特别涉及一种分子吸收光谱的测量方法及装置。
背景技术
测定某种物质(分子)在其混合物中的含量通常有化学方法和物理方法。化学方法又分为直接化学分析法和电化学法两种：前者测量被测物质在加入其他试剂后发生化学反应后生成的可分离出来的物质的含量；后者测量由于被测物质的存在而导致的以另外一种物质为基础的物体的电流电压变化。直接化学法相对较为精准，但是需要比较多的化学仪器和设备。通常都是由专业人员来完成。电化学法可以集成到特制的芯片上，使用非常方便。但是电化学法芯片的电压电流变化除了因为被测物质的存在(含量)还会受到环境和其他物质的影响，包括温度和湿度的影响。一般来讲测量精确度相对比较差。只有在可控环境下才可以做定量分析。物理方法一般就是光谱分析法，包括发射光谱和吸收光谱。发射光谱分析法首先需要激发被测分子，而且被测信号比较弱，所需的设备和操作都比较复杂，其应用的范围相对比较受限。吸收光谱分析法比较常用，因为所需的设备和操作相对比较简单。现有的分子吸收光谱测量方法在对分子含量进行测量时，需要使用特定光谱的光，通过特定光谱的光照射待测气体，测量光强度的变化，得到待测气体中待测分子的含量。但该种方法需要对入射光进行筛选，增加了成本和复杂性。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提出一种分子吸收光谱的测量方法及装置。
第一方面，本申请提出一种分子吸收光谱的测量方法，包括：通过包含一定波长范围的广谱光源向含有待测气体的吸收室发出第一光束；所述第一光束被所述吸收室中的所述待测气体部分吸收后射出，得到第二光束；所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光；通过探测器对所述出射光进行探测，得到所述出射光中各个波长和所述波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像；对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量。
可选的，所述第一光束被所述吸收室中的所述待测气体部分吸收后射出，得到第二光束，包括：在所述吸收室中，所述待测气体中的不同分子根据其对不同波长光的吸收特性对所述第一光束进行部分吸收，得到所述第二光束。
可选的，所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：在所述光谱选择器中所述第二光束通过一个或者多个所述色散透镜进行光谱选择，得到所述出射光。
可选的，在所述光谱选择器中，根据所述特定波长区间对所述光谱选择器中所述色散透镜的角度和位置进行确定。
可选的，所述通过探测器对所述出射光进行探测，得到所述出射光中各个波长和所述波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像，包括：将感光元素阵列作为所述探测器的二维成像芯片对所述出射光进行感知，根据所述出射光在所述感光元素阵列上的位置和亮度确定所述出射光中各个波长及所述波长对应的光强度，进而得到所述感知图像。
可选的，所述对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量，包括：对所述感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线；将所述关系曲线与参照响应曲线进行对比，得到所述待测分子对特定波长光的吸收量；根据所述吸收量计算得到所述待测气体中所述待测分子的含量。
可选的，所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：在所述光谱选择器中设置多组色散透镜，通过多组色散透镜分别对第二光束进行过滤，得到出射角度不同的多组所述出射光，其中所述多组色散透镜之间具有不同的光通路。
可选的，所述对所述感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线，包括：确定所述感知图像中所述出射光中各个波长和所述波长对应的光的强度数据；对所述波长和对应的光的强度数据进行补偿处理后再进行曲线拟合，得到光的强度与波长的关系曲线。
第二方面，本申请提出一种分子吸收光谱的测量装置，包括：广谱光源，其发出包含连续波长的第一光束；吸收室，其内存在待测气体，所述第一光束被待测气体部分吸收后得到第二光束；光谱选择器，其由一个或者多个色散透镜组成，对所述第二光束进行过滤，选择得到特定波长区间的出射光；探测器，其对所述出射光进行探测，得到包含有所述出射光中各个波长和所述波长对应的强度的感知图像；数据分析处理单元，其对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量。
本申请的分子吸收光谱的测量方法及装置直接利用广谱光源作为入射光射入到吸收室中，得到射出的第二光束，并利用不同波长具有不同出射角的特点，利用光谱选择器中的一个或多个色散透镜对第二光束进行过滤，得到特定波长区间的出射光，然后进行光强度的分析，最后确定待测气体中待测分子的含量。整个方案简便，成本低，且检测精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图示例性的示出了本申请的一些实施例。
图1是本申请分子吸收光谱的测量方法的一个实施方式的示意图；
图2是本申请色散透镜折射原理的一个示意图；
图3是色散透镜的一个实例的示意图；
图4是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的一个实例的示意图；
图5是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的另一个实例的示意图；
图6是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的另一个实例的示意图；
图7是某种分子对全波段光的吸收图；
图8是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的另一个实例的示意图；
图9是本申请感知图像的一个实例图；
图10是本申请光谱选择器的一个实例的示意图；
图11是本申请感知图像的另一个实例的示意图；
图12是本申请分子吸收光谱的测量装置的一实施方式的示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围做出更为清楚明确的界定。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
测定某种物质(分子)在其混合物中的含量通常有化学方法和物理方法。化学方法又分为直接化学分析法和电化学法两种：前者测量被测物质在加入其他试剂后发生化学反应后生成的可分离出来的物质的含量；后者测量由于被测物质的存在而导致的以另外一种物质为基础的物体的电流电压变化。直接化学法相对较为精准，但是需要比较多的化学仪器和设备。通常都是由专业人员来完成。电化学法可以集成到特制的芯片上，使用非常方便。但是电化学法芯片的电压电流变化除了因为被测物质的存在(含量)还会受到环境和其他物质的影响，包括温度和湿度的影响。一般来讲测量精确度相对比较差。只有在可控环境下才可以做定量分析。物理方法一般就是光谱分析法，包括发射光谱和吸收光谱。发射光谱分析法首先需要激发被测分子，而且被测信号比较弱，所需的设备和操作都比较复杂，其应用的范围相对比较受限。吸收光谱分析法比较常用，因为所需的设备和操作相对比较简单。现有的分子吸收光谱测量方法在对分子含量进行测量时，需要使用特定光谱的光，通过特定光谱的光照射待测气体，测量光强度的变化，得到待测气体中待测分子的含量。但该种方法需要对入射光进行筛选，增加了成本和复杂性。
针对上述问题，本申请提出一种分子吸收光谱的测量方法及装置，该方法包括：通过包含一定波长范围的广谱光源向含有待测气体的吸收室发出第一光束；所述第一光束被所述吸收室中的所述待测气体部分吸收后射出，得到第二光束；所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光；通过探测器对所述出射光进行探测，得到所述出射光中各个波长和所述波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像；对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量。
本申请的分子吸收光谱的测量方法及装置直接利用广谱光源作为入射光射入到吸收室中，得到射出的第二光束，并利用不用波长具有不同折射角的特点，利用光谱选择器中的多个色散透镜对第二光束进行过滤，得到特定波长区间的出射光，然后进行光强度的分析，最后确定待测气体中待测分子的含量。整个方案简便，成本低，且检测精度高。
下面，以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面述及的具体的实施例可以相互结合形成新的实施例。对于在一个实施例中描述过的相同或相似的思想或过程，可能在其他某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图1是本申请分子吸收光谱的测量方法的一个实施方式的示意图。
在图1所示的实施方式中，本申请的分子吸收光谱的测量方法包括过程S101，通过包含一定波长范围的广谱光源向含有待测气体的吸收室发出第一光束。
在该实施方式中，本申请在对吸收室中待测气体的某一待测分子进行测量时，直接利用包含一定波长范围的广谱光源作为吸收室的入射光，向含有待测气体的吸收室发出包含一定波长范围的具有连续波长的第一光束，然后吸收室内的待测气体被该第一光束进行部分吸收。其中，待测气体为包含待测分子的混合气体。例如，为了检测空气中二氧化碳的含量，则整个空气作为待测气体，二氧化碳作为待测气体中的待测分子。
在图1所示的实施方式中，本申请的分子吸收光谱的测量方法包括过程S102，第一光束被吸收室中的待测气体部分吸收后射出，得到第二光束。
可选的，第一光束被吸收室中的待测气体吸收后射出，得到第二光束，包括：在吸收室中，待测气体中的不同分子根据其对不同波长光的吸收特性对第一光束进行吸收，得到第二光束。
在该可选实施例中，吸收室中存在有待测气体，待测气体中含有不同的气体分子，其中不同的气体分子对第一光束中不同波长的光有着不同的吸收特性。因此在第一光束穿过吸收室后，不同波长下的光被气体分子部分吸收，导致不同波长下光强度的不同，从而得到相应的第二光束。根据这一特点，通过对待测气体中待测分子吸收的特定波长光的强度的检测，进行光强度的计算，然后与标准光强度进行比较，可得到光的被吸收量，从而确定待测分子的含量，得到待测分子在待测气体中的浓度。
具体的，在实际场景中，光束通过待测气体后其强度会减弱，其中减弱的形式分为两种：一种是被分子漫射，改变了方向；一种是被分子吸收。本申请利用待测分子对特定波长的光有较大吸收的原理，通过对特定波长的光的强度的检测，从而确定待测分子的含量。在图1所示的实施方式中，本申请的分子吸收光谱的测量方法包括过程S103，第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光。
在该实施方式中，为了将待测分子对应的特定波长的光从全波长的第二光束中分离出来，本申请采用一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器对第二光束进行过滤，利用不用波长的光在色散透镜中具有不同折射角的特性，实现将特定波长区间的光进行分离，得到出射光。
具体的，图2是本申请色散透镜折射原理的一个示意图。
如图2所示，包含多个波长的光束经过色散透镜的折射后，使得不同波长的光在色散透镜折射后区分开来。具体的，例如将玻璃透镜作为色散透镜，根据折射规律，在光从光疏介质(空气)到光密介质(玻璃)然后再到光疏介质时的情况时，光的波长越长，光路的偏转角越小，从而使得不同波长的光在穿过色散透镜后进行分离。其中玻璃棱镜属于色散透镜中的一种，在实际使用时，可根据不同的需求选择不同规格的色散透镜。
具体的，可以在色散透镜表面镀相应的光学膜，以增强某一波长范围的光线的透射，并将其他波长的光线反射出去，在实际的情形中，可根据需求对色散透镜进行镀膜，或者直接使用未镀膜的色散透镜。
可选的，第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：在光谱选择器中第二光束通过一个或者多个色散透镜进行光谱选择，得到出射光。
在该可选实施例中，在光谱选择器中，设置一个或者多个色散透镜，其中第二光束依次穿过多个色散透镜进行折射，实现特定波长的提取。通过折射的原理，色散透镜将第二光束中不同波长的光进行分散，将特定波长的光分散出来，得到出射光。
可选的，在光谱选择器中，根据特定波长区间对光谱选择器中色散透镜的角度和位置进行确定。
在该可选实施例中，根据待测气体中待测分子的不同，其对应的特定波长区间也有所差别，因此也需要根据特定波长区间进行光谱选择器中色散透镜位置和方向的调整。
具体的，图3是色散透镜的一个实例的示意图。
如图3所示，色散透镜为上尖下宽的锥形，其中关于色散透镜的具体形状，在实施过程中，可根据实际情况进行合理选择。
具体的，图4是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的一个实例的示意图。
如图4所示，在光谱选择器中设置有多个色散透镜，其中色散透镜按照一定的角度和方向进行布置，实现对入射光的连续折射，从而将特定波长区间的光分离出来。
具体的，图5是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的另一个实例的示意图。
如图5所示，为了缩小整个测量设备的体积，缩小折光器的长度，可以使用两个或者多个上述组合镜片。如图5所示，在一组色散透镜之后采用截面为三角形的色散透镜进行光的反射，然后再穿过另外一组色散透镜。再次进行特定波长的光的分离。在实际的应用过程中，色散透镜的镜片可只需要让比较窄的光束通过。
具体的，图6是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的另一个实例的示意图。
如图6所示，光谱选择器中的多个色散透镜可组成环形结构，将特定波长的光逐步折射改变方向，得到特定波长区间的出射光，及对应的合适角度。其中图6所示的多个色散透镜组合的侧视图。
可选的，第二光束经过由多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：在所述光谱选择器中设置多组色散透镜，通过多组色散透镜分别对第二光束进行过滤，得到出射角度不同的多组所述出射光，其中所述多组色散透镜之间具有不同的光通路。
在该可选实施例中，对于某些待测气体中的待测分子，其对光的吸收有多个特定波段，因此为了保证探测的准确性，根据待测分子对应的特定波段，在光谱选择器中会选择出多个波长范围的出射光，其中选择出的多个波长范围不相邻。一般来讲，波段数量越多，两种物质在多个特定波长上相同的概率就越低。因此避免误检，提高检测的准确性，避免待测气体中其他分子的影响。
具体的，图7是某种分子对全波段光的吸收图。如图7所示，在对该分子进行探测时，可提取矩形框内的两个波段作为特定波长区间，进行后续的分子含量的检测，避免其他分子与待测分子有着相同的吸收波长区间，对检测产生影响，提高检测的准确性。
具体的，图8是本申请分子吸收光谱的测量方法中光谱选择器的另一个实例的示意图。
如图8所示，为了分离出多个特定波长区间，在光谱选择器中设置多组色散透镜，对第二光束分别进行不同方向的分离，提取不同波段的光，然后进行后续的分析。如图8所示，为两组色散透镜的俯视图，通过两组色散透镜将第二光束分离为上下两条不同的光束，得到不同波长区间的两条出射光，再进行后续的分析。
在图1所示的实施方式中，本申请的分子吸收光谱的测量方法包括过程S104，通过探测器对出射光进行探测，得到出射光中各个波长和波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像。
在该实施方式中，通过探测器对得到的出射光进行探测，得到出射光中各个波长及各波长对应的光强度，最后得到感知图像。
可选的，通过探测器对出射光进行探测，得到包含有出射光中各个波长和波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像，包括：将感光元素阵列作为探测器对出射光进行感知，根据出射光在感光元素阵列上的位置和亮度确定出射光中的各个波长及波长对应光的最终出射角度和强度，得到感知图像。
在该可选实施例中，本申请将感光元素阵列作为二维成像芯片，通过出射光在感光元素(像素)上的位置和亮度来感知出射光的角度以及强度。
具体的，图9是本申请感知图像的一个实例图。如图9所示，在二维成像芯片上，对特定波长范围的光进行成像，从而获知光的波长及相应的出射光的角度和强度。
在图1所示的实施方式中，本申请的分子吸收光谱的测量方法包括过程S105，对感知图像进行处理分析，得到待测气体中待测分子的含量。
可选的，对感知图像进行处理分析，得到待测气体中待测分子的含量，包括：对感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线；将关系曲线与参照响应曲线进行对比，得到待测分子对特定波长的光的吸收量；根据吸收量计算得到待测气体中待测分子的含量。
在该可选实施例中，首先对获得的感知图像进行图像分析，得到相应的强度检测响应曲线，然后将该强度检测响应曲线与参照响应曲线进行对比，其中参照响应曲线为未经过分子吸收的光的波长及强度曲线。通过两者的对比，即可得出待测气体中待测分子对光的吸收量，也就得出待测分子在待测气体中的含量。
可选的，对感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线，包括：确定感知图像中出射光中各个波长和波长对应的光的强度数据；对所述波长和对应的光的强度数据进行补偿处理后再进行曲线拟合，得到光的强度与波长的关系曲线。
在该可选实施例中，在感光元素阵列上得到出射光的感知图像，通过感光芯片关于光波长以及对应的光强度的感应，得到感知图像中各个波长及其对应的光强度的像素数据。因为感光元素对不同波长的光的感应的敏感性会有不同，为了得到准确的光的强度，需要对得到的光强度数据进行补偿，然后对补偿后的数据进行进行曲线拟合，得到对应的光的强度与波长的关系曲线。
具体的，在进行曲线拟合时，可利用现有的拟合方法进行曲线拟合，包括二次曲线拟合，最小二乘法拟合等方式。
图10是本申请光谱选择器的一个实例的示意图。如图10所示，当待测分子对光的吸收对应多个特征波长时，可根据图10所示的色散透镜的设置，进行多个波长范围的分离，与图8同理。图11是本申请感知图像的另一个实例的示意图。如图11所示，当有多个特定波长范围的光进行分离时，在探测器中的二维感光芯片上可得到相对应两组不同波长出射光的感知图像。
具体的，不用波长的出射光可在该成像芯片上的不同分割区域进行成像，得到出射光的感知图像。
本申请的分子吸收光谱的测量方法直接利用广谱光源作为入射光射入到吸收室中，得到射出的第二光束，并利用光谱选择器中的多个色散透镜对第二光束进行过滤，得到一个或者多个特定波长区间的出射光，然后对出射光进行光强度的分析，最后确定待测气体中待测分子的含量。整个方案简便，成本低，且检测精度高。
图12是本申请分子吸收光谱的测量装置的一个实施方式的示意图。
在图12所示的实施方式中，本申请分子吸收光谱的测量装置包括：广谱光源1201，其发出包含连续波长的第一光束；吸收室1202，其内存有待测气体，对第一光束进行部分吸收得到第二光束；光谱选择器1203，其由多个色散透镜组成，对第二光束进行过滤，得到包含特定波长区间的出射光；探测器1204，其对出射光进行探测，得到包含有出射光中各个波长和波长对应的强度的感知图像；数据分析处理单元1205，其对感知图像进行处理分析，得到待测气体中待测分子的含量。
可选的，所述第一光束被所述吸收室中的所述待测气体部分吸收后射出，得到第二光束，包括：在所述吸收室中，所述待测气体中的不同分子根据其对不同波长光的吸收特性对所述第一光束进行部分吸收，得到所述第二光束。
可选的，所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：在所述光谱选择器中所述第二光束通过一个或者多个所述色散透镜进行光谱选择，得到所述出射光。
可选的，在所述光谱选择器中，根据所述特定波长区间对所述光谱选择器中所述色散透镜的角度和位置进行确定。
可选的，所述通过探测器对所述出射光进行探测，得到所述出射光中各个波长和所述波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像，包括：将感光元素阵列作为所述探测器的二维成像芯片对所述出射光进行感知，根据所述出射光在所述感光元素阵列上的位置和亮度确定所述出射光中各个波长及所述波长对应的光强度，进而得到所述感知图像。
可选的，所述对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量，包括：对所述感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线；将所述关系曲线与参照响应曲线进行对比，得到所述待测分子对特定波长光的吸收量；根据所述吸收量计算得到所述待测气体中所述待测分子的含量。
可选的，所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：在所述光谱选择器中设置多组色散透镜，通过多组色散透镜分别对第二光束进行过滤，得到出射角度不同的多组所述出射光，其中所述多组色散透镜之间具有不同的光通路。
可选的，所述对所述感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线，包括：确定所述感知图像中所述出射光中各个波长和所述波长对应的光的强度数据；对所述波长和对应的光的强度数据进行补偿处理后再进行曲线拟合，得到光的强度与波长的关系曲线。
本申请的分子吸收光谱的测量装置直接利用广谱光源作为入射光射入到吸收室中，得到射出的第二光束，并利用不用波长具有不同得折射角的特点，通过光谱选择器中的多个色散透镜对第二光束进行多次折射，得到特定波长区间的出射光，然后进行光强度的分析，最后确定待测气体中待测分子的含量。整个方案简便，成本低，且检测精度高。
在本申请所提供的实施方式中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，包括：
通过包含一定波长范围的广谱光源向含有待测气体的吸收室发出第一光束；
所述第一光束被所述吸收室中的所述待测气体部分吸收后射出，得到第二光束；
所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光；
通过探测器对所述出射光进行探测，得到所述出射光中各个波长和所述波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像；
对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量。
2.根据权利要求1所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，所述第一光束被所述吸收室中的所述待测气体部分吸收后射出，得到第二光束，包括：
在所述吸收室中，所述待测气体中的不同分子根据其对不同波长光的吸收特性对所述第一光束进行部分吸收，得到所述第二光束。
3.根据权利要求1所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：
在所述光谱选择器中所述第二光束通过一个或者多个所述色散透镜进行光谱选择，得到所述出射光。
4.根据权利要求1所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，在所述光谱选择器中，根据所述特定波长区间对所述光谱选择器中所述色散透镜的角度和位置进行确定。
5.根据权利要求1所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，所述通过探测器对所述出射光进行探测，得到所述出射光中各个波长和所述波长对应光的最终出射角度和强度的感知图像，包括：
将感光元素阵列作为所述探测器的二维成像芯片对所述出射光进行感知，根据所述出射光在所述感光元素阵列上的位置和亮度确定所述出射光中各个波长及所述波长对应的光强度，进而得到所述感知图像。
6.根据权利要求1所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，所述对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量，包括：
对所述感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线；
将所述关系曲线与参照响应曲线进行对比，得到所述待测分子对特定波长光的吸收量；
根据所述吸收量计算得到所述待测气体中所述待测分子的含量。
7.根据权利要求1所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，所述第二光束经过由一个或者多个色散透镜组成的光谱选择器后射出，得到包含特定波长区间的出射光，包括：
在所述光谱选择器中设置多组色散透镜，通过所述多组色散透镜分别对所述第二光束进行过滤，得到出射角度不同的多组所述出射光，其中所述多组色散透镜之间具有不同的光通路。
8.根据权利要求6所述的分子吸收光谱的测量方法，其特征在于，所述对所述感知图像进行感光元素波长响应补偿处理，得到光的强度与波长的关系曲线，包括：
确定所述感知图像中所述出射光中各个波长和所述波长对应的光的强度数据；
对所述波长和对应的光的强度数据进行补偿处理后再进行曲线拟合，得到光的强度与波长的关系曲线。
9.一种分子吸收光谱的测量装置，其特征在于，包括：
广谱光源，其发出包含连续波长的第一光束；
吸收室，其内存在待测气体，所述第一光束被待测气体部分吸收后得到第二光束；光谱选择器，其由一个或者多个色散透镜组成，对所述第二光束进行过滤，选择得到特定波长区间的出射光；探测器，其对所述出射光进行探测，得到包含有所述出射光中各个波长和所述波长对应的强度的感知图像；
数据分析处理单元，其对所述感知图像进行处理分析，得到所述待测气体中待测分子的含量。
CN202310837045.3A 2023-07-10 2023-07-10 一种分子吸收光谱的测量方法及装置 Pending CN116698773A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310837045.3A CN116698773A (zh) 2023-07-10 2023-07-10 一种分子吸收光谱的测量方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310837045.3A CN116698773A (zh) 2023-07-10 2023-07-10 一种分子吸收光谱的测量方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116698773A true CN116698773A (zh) 2023-09-05

Family

ID=87832354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310837045.3A Pending CN116698773A (zh) 2023-07-10 2023-07-10 一种分子吸收光谱的测量方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116698773A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE49543E1 (en) Fine particle measuring apparatus
US4730922A (en) Absorbance, turbidimetric, fluorescence and nephelometric photometer
RU2730366C2 (ru) Аналитическая система и способ для определения параметров гемоглобина в цельной крови
US6791676B1 (en) Spectrophotometric and nephelometric detection unit
US7414717B2 (en) System and method for detection and identification of optical spectra
US7495762B2 (en) High-density channels detecting device
US20160356712A1 (en) Non-scanning spr system
JP3432222B2 (ja) 多重波長検出用の毛管フローセル
US7787120B2 (en) Spectrophotometer and liquid chromatography system
KR20170052256A (ko) 라만 산란을 이용한 물질의 농도 측정 장치 및 방법
CN110864882B (zh) 一种多光谱紫外光灵敏度检测系统及方法
CN101813519A (zh) 光谱仪杂散光校正方法
EP2005144A1 (en) Hand-held gas detector and method of gas detection
Shaw et al. Array-based goniospectroradiometer for measurement of spectral radiant intensity and spectral total flux of light sources
US20070127027A1 (en) Photometer having multiple light paths
CN116698773A (zh) 一种分子吸收光谱的测量方法及装置
US8541760B2 (en) Method for calibrating a deflection unit in a TIRF microscope, TIRF microscope, and method for operating the same
CN111103247A (zh) 一种紫外可见分光光度计
US20230175953A1 (en) Device and method for spectral analysis of a compound specimen
CN212059104U (zh) 一种宽光谱高灵敏度拉曼光谱仪
CN210269757U (zh) 一种光学检测系统
US20220120687A1 (en) Method of analyzing samples, analyzing device and computer program
CN112611726A (zh) 一种分子特征吸收光谱测量装置及方法
CN115839767B (zh) 一种用于光谱识别与测量的装置及其方法
CN212514221U (zh) 一种全光谱微型光纤光谱仪

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