CN116858793A - 一种气体浓度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种气体浓度检测装置，涉及气体浓度检测设备技术领域。该气体浓度检测装置可以实现放射性气体浓度的快速在线检测。该气体浓度检测装置包括：激光发生组件、衰荡器和光电探测器，其中，激光发生组件用于产生激光光束；衰荡器具有封闭的衰荡腔，衰荡腔用于容纳待测气体，衰荡腔位于激光发生组件产生的激光光束传输路径上，激光光束能够进入衰荡腔内，并在衰荡腔内传输；光电探测器，设置在与衰荡腔对应的位置，用于探测从衰荡腔内传输出的激光光束的强度。该气体浓度检测装置用于测量放射性气体的浓度。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于气体浓度检测设备技术领域，尤其涉及一种气体浓度检测装置。
背景技术
放射性碳14（14C）为长寿命放射性核素，主要由中子活化产生，是中子和氮反应的产物。14C为纯β辐射的放射性核素，其不发射伽马射线，存在于大气中。
目前已经有多种方法测量14C的能量以及发射粒子数。例如，使用液体闪烁计数器（Liquid Scintillation Counter，LSC）和加速器质谱（Accelerator-Based MassSpectroscopic，AMS）等。LSC原理是14C在闪烁液中损失能量后产生荧光，光子在光电倍增管的阴极上产生光电子，对光电子进行计数，以确定。AMS原理是使用加速器将待测样品中含有的放射性同位素加速到高能级别，将样品离散为单个原子，离散的单个原子在磁场中二次离子化，再进行质谱分析。而这些检测技术均为基于实验室的检测技术，检测过程耗时长，步骤繁琐。尤其是在对气体样品进行检测时，都需要进行长时间的样品收集、复杂的样品制备和繁重的数据分析工作；而且采用这些检测技术无法实现在现场的直接在线快速检测。
发明内容
本申请提供一种气体浓度检测装置，可以实现放射性气体浓度的快速在线检测。
本申请提供的气体浓度检测装置，包括：激光发生组件、衰荡器和光电探测器，其中，激光发生组件用于产生激光光束；衰荡器具有封闭的衰荡腔，衰荡腔用于容纳待测气体，衰荡腔位于激光发生组件产生的激光光束传输路径上，激光光束能够进入衰荡腔内，并在衰荡腔内传输；光电探测器，设置在与衰荡腔对应的位置，用于探测从衰荡腔内传输出的激光光束的强度。
本申请提供的气体浓度检测装置，由于设置有激光发生组件，可以通过激光发生组件产生所需的激光光束；并且在激光光束的传输路径上设置有衰荡器，在衰荡器上设置有封闭的衰荡腔，可以通过封闭的衰荡腔容纳待测气体，以将待测气体与周围的空气隔离开，而且激光光束可以进入到衰荡腔内，并在衰荡腔内传输；同时在与衰荡腔对应的位置设置有光电探测器。这样，在激光光束在衰荡腔内传输的过程中，受到衰荡腔内的待测气体的吸收，激光光束发生衰荡，从衰荡腔内传输出的激光光束的强度发生衰减，通过光电探测器可以对激光光束的衰减过程进行记录，从而可以根据激光光束的衰荡时间等确定衰荡腔内的待测气体的含量。相比于相关技术中，需要制备样品，分析测量数据等，本申请实施例提供的气体浓度检测装置，只需将待测气体通入衰荡腔内，根据光电探测器探测到的激光光束的衰荡时间，即可以快速确定待测气体的浓度，因此，本申请提供的气体浓度检测装置可以实现放射性气体浓度的快速在线检测。
在本申请的一种可能实现的方式中，衰荡器包括密封壳体，在密封壳体内设置有两个反射件，两个反射件相对设置；其中，衰荡腔包括位于两个反射件之间的空间，在激光光束进入密封壳体内的情况下，激光光束能够在两个反射件之间往复反射传输。
在本申请的一种可能实现的方式中，气体浓度检测装置还包括真空泵，真空泵与密封壳体连接，并且与衰荡腔连通，用于抽吸衰荡腔内的气体，以使得衰荡腔内形成真空。
在本申请的一种可能实现的方式中，气体浓度检测装置还包括温度控制组件，温度控制组件与衰荡器连接，用于对衰荡腔进行加热或降温，以控制衰荡腔内的温度。
在本申请的一种可能实现的方式中，气体浓度检测装置还包括光隔离器，光隔离器设置在激光发生组件和衰荡器之间，并且位于激光光束传输路径上，用于控制激光光束的传输方向。
在本申请的一种可能实现的方式中，气体浓度检测装置还包括声光调制器，声光调制器设置在光隔离器和衰荡器之间，并且位于激光光束传输路径上，用于切断激光光束的传输路径或导通激光光束的传输路径，光电探测器与声光调制器电联接。
在本申请的一种可能实现的方式中，在光隔离器和声光调制器之间设置有第三反射件，第三反射件用于改变从光隔离器出射的激光光束的传输方向，并且激光光束经过第三反射件之后能够传输至声光调制器。
在本申请的一种可能实现的方式中，在声光调制器和衰荡器之间设置有第四反射件，第四反射件用于改变从声光调制器出射的激光光束的传输方向，并且激光光束经过第四反射件之后能够传输至衰荡器。
在本申请的一种可能实现的方式中，气体浓度检测装置还包括数据处理组件，数据处理组件与光电探测器电联接，用于采集和处理从光电探测器传输的数据。
在本申请的一种可能实现的方式中，在沿激光光束的传输路径上，衰荡腔两端均设置有匹配透镜，匹配透镜用于调整激光光束的传输路径。
附图说明
图1为本申请提供的气体浓度检测装置的结构示意图；
图2为本申请提供的气体浓度检测装置的局部结构示意图。
附图标记说明：
1-激光发生组件；11-驱动器；12-激光器；2-衰荡器；21-密封壳体；22-第一反射件；23-第二反射件；24-衰荡腔；25-第一法兰；26-第二法兰；3-光电探测器；4-真空泵；5-温度控制组件；6-光隔离器；7-声光调制器；8-数据处理组件；91-第三反射件；92-第四反射件；93-第一匹配透镜；94-第二匹配透镜；95-第三匹配透镜；96-第四匹配透镜；A-激光光束传输路径。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
在本申请实施例中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
放射性碳14（14C）是碳元素的一种具有放射性的同位素，14C存在于大气中，并可经过食物链进入活的动物或人体等一切生物体中。14C衰变到一半所需的半衰期约为5730年，相关技术中，通过测量物质中残留的14C含量，可以计算出物质的年龄。14C测定广泛应用于考古学、地质学、生物学等领域。在考古学中，14C测定可以用于确定古物的年代，例如古文物、古建筑等。在地质学中，14C测定可以用于确定岩石的年龄，例如火山岩、沉积岩等。在生物学中，14C测定可以用于确定生物体的年龄，例如树木、动物骨骼等。14C测定的精度取决于样品的质量和测量方法。对于较老的样品，由于14C含量已经非常低，因此需要使用更高灵敏度的测量方法。此外，样品的处理和准备过程也会影响测量结果。因此，在进行14C测定时，需要严格控制实验条件，以确保测量结果的准确性和可靠性。相关技术中，使用液体闪烁计数器（Liquid Scintillation Counter，LSC）和加速器质谱（Accelerator-Based MassSpectroscopic，AMS）等检测方式检测物质中的14C。但是，对于气体中的14C含量的检测，如果使用LSC和AMS进行检测，则需要耗费较长的时间收集样品，制备待检测样品和分析数据等，并不能对气体中的14C含量进行快速地现场在线检测。
在此基础上，本申请实施例提供了一种气体浓度检测装置，可以解决相关技术中，对气体中的14C含量不能在线快速检测的问题。本申请实施例提供的气体浓度检测装置，可以通过测量14CO2气体的中红外吸收光谱下的特征吸收光谱，根据测量光腔随时间自由衰减的衰减信号来表征14CO2气体的活度，即可以测量得到14CO2气体的浓度。红外吸收峰的中心频率与谱线跃迁强度反映了分子结构上的特征，是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息得到吸收光谱的相关参数。在光束穿过吸收介质（比如含有14CO2的气体）时，介质的吸收强度、吸收路径长度和样品浓度（14CO2的浓度）有关，其强度变化遵循朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律。产生的衰荡时间与吸收光谱强度和14CO2气体的浓度及个数呈正相关，则可以利用衰荡时间来计算14C放射性气体的活度。
本申请实施例提供的气体浓度检测装置不仅可以用于测量14CO2气体活度，也可以用于测量14CO或14CH4的气体浓度，还可以测量其他具有14N、15N、16O等放射性同位素的放射性气体的活度，本申请实施例对此不作限定。
参照图1和图2，图1示出的是本申请实施例提供的气体浓度检测装置的结构示意图，图2示出的是本申请实施例提供的气体浓度检测装置中的衰荡器的结构示意图。如图1和图2所示，该气体浓度检测装置包括：激光发生组件1、衰荡器2和光电探测器3，其中，激光发生组件1用于产生激光光束；衰荡器2具有封闭的衰荡腔24，衰荡腔24用于容纳待测气体，衰荡腔24位于激光发生组件1产生的激光光束传输路径A上，激光光束能够进入衰荡腔24内，并在衰荡腔24内传输；光电探测器3设置在与衰荡腔24对应的位置，用于探测从衰荡腔24内传输出的激光光束的强度。
本申请实施例的激光发生组件1是可以产生激光光束的器件。示例性的，激光发生组件1可以采用包括驱动器11和激光器12的激光发生组件1，其中，激光器12用于产生激光，驱动器11用于控制激光器12，可以是提供电流。例如，激光发生组件1可以采用中红外量子级联激光器，比如采用输出功率为20mW，中心波长为4.53um的中红外量子级联激光器。
本申请实施例的衰荡器2具有封闭的衰荡腔24，在封闭的衰荡腔24内可以容纳待测气体，将衰荡器2设置在激光发生组件1产生的激光光束传输路径A上，可以在衰荡器2上设置入射口和出射口，以使激光光束从入射口进入到衰荡腔24内，并在衰荡腔24内传输。激光光束在衰荡腔24内传输的过程中，受到待测气体的吸收，激光光束不断地衰减，可以从出射口对射出的激光光束的强度进行探测。示例性的，衰荡器2可以采用表面镀石英的不锈钢制造。
本申请实施例的光电探测器3可以探测激光光束的强度。示例性的，可以将光电探测器3设置在与衰荡器2对应的位置，也就是将光电探测器3设置在与衰荡腔24的出射口对应的位置，以通过光电探测器3探测从衰荡腔24内传输出的激光光束的强度。例如，光电探测器3可以采用灵敏度大于等于1.0×1011 cm•Hz1/2/W@5μm的探测器。
本申请实施例提供的气体浓度检测装置，由于设置有激光发生组件1，可以通过激光发生组件1产生所需的激光光束；并且在激光光束传输路径A上设置有衰荡器2，在衰荡器2上设置有封闭的衰荡腔24，可以通过封闭的衰荡腔24容纳待测气体，以将待测气体与周围的空气隔离开，而且激光光束可以进入到衰荡腔24内，并在衰荡腔24内传输；同时在与衰荡腔24对应的位置设置有光电探测器3。这样，在激光光束在衰荡腔24内传输的过程中，受到衰荡腔24内的待测气体的吸收，激光光束发生衰荡，从衰荡腔24内传输出的激光光束的强度发生衰减，通过光电探测器3可以对激光光束的衰减过程进行记录，从而可以根据激光光束的衰荡时间等确定衰荡腔24内的待测气体的含量。相比于相关技术中，需要制备样品，分析测量数据等，本申请实施例提供的气体浓度检测装置，只需将待测气体通入衰荡腔24内，根据光电探测器3探测到的激光光束的衰荡时间，即可以快速确定待测气体的浓度，因此，本申请实施例提供的气体浓度检测装置可以实现放射性气体浓度的快速在线检测。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，可以将该衰荡器2设置为包括密封壳体21的结构形式，其中，在密封壳体21内设置有两个反射件，两个反射件相对设置；衰荡腔24包括位于两个反射件之间的空间，在激光光束进入密封壳体21内的情况下，激光光束能够在两个反射件之间往复反射。
示例性的，密封壳体21可以采用表面镀石英的不锈钢制造而成，并且将密封壳体21内的长度设置为大于等于30cm，在密封壳体21上可以设置入射口和出射口，并在入射口上密封固定透光件，在出射口上也密封固定透光件，该透光件可以采用玻璃、塑料等透明材质的材料，激光光束能够透过透光件。
另一示例，可以在密封壳体21内固定设置两个反射件，两个反射件可以采用反射率较高的反射镜片，例如两个反射件均采用反射率R>99.99%的反射镜。如图2所示，为了便于对两个反射镜片进行安装，可以采用法兰。例如，采用第一法兰25将作为第一反射件22的反射镜片，固定安装在密封壳体21内的激光光束入射的一端；采用第二法兰26将作为第二反射件23的反射镜片，固定安装在密封壳体21内的激光光束出射的一端。并且在沿激光光束传输方向上，使两个反射镜片之间的距离为30cm，从而可以在两个反射镜片之间形成传输距离为30cm的衰荡腔24。这样，在激光光束进入到密封壳体21内之后，激光光束在两个反射镜片之间不断地反射传输，从而可以提高待测气体的吸收光程。
本申请实施例中，由于将衰荡器2设置为包括密封壳体21的结构形式，可以通过密封壳体21容纳待测气体，以将待测气体与周围空气隔离开，以减少其他气体对检测精度的影响。并且在密封壳体21内设置两个相对的反射件，通过反射件可以使激光光束不断地往复反射，从而可以增加激光光束传输的路径长度，也就可以增加待测气体对激光光束的吸收光程。同时通过法兰将反射件固定在密封壳体21内，可以提高反射件安装的可靠性。
在另一种可能的实现方式中，如图2所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置还包括真空泵4，真空泵4与密封壳体21连接，并且与衰荡腔24连通，用于抽吸衰荡腔24内的气体，以使得衰荡腔24内形成真空。
示例性的，可以在衰荡器2的密封壳体21上设置进气口和排气口，进气口和排气口均与衰荡腔24连通，进气口用于向衰荡腔24内通入待测气体，排气口用于排出衰荡腔24内的气体。可以将真空泵4与排气口通过管道连接。例如，真空泵4可以采用极限真空度小于等于0.5mbar的真空泵。
这一实施例中，由于在衰荡器2上连接有真空泵4，在对待测气体进行检测之前，可以先通过真空泵4对衰荡腔24内进行抽真空，以排出衰荡腔24内的空气等气体。再对衰荡腔24内通入待测气体。还可以在通入待测气体之后，再对衰荡腔24进行至少一次的抽真空，以采用待测气体冲洗衰荡腔24，从而可以提高衰荡腔24内的清洁程度，进而可以减少衰荡腔24内残存的其他气体杂质对待测气体的浓度测量结果的影响。
在又一种可能的实现方式中，如图2所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置还包括温度控制组件5，温度控制组件5与衰荡器2连接，用于对衰荡腔24进行加热或降温，以控制衰荡腔24内的温度。
示例性的，可以将温度控制组件5设置为包括加热件和数字PID控制器的结构形式。将加热件与衰荡腔24连接，加热件与数字PID控制器电连接，可以通过数字PID控制器实现对加热温度的精确控制。也可以在温度控制组件5中设置散热件，将散热件与衰荡腔24连接，并与数字PID控制器电连接，可以通过数字PID控制器实现对降温温度的精确控制。
上述实施例中，由于在衰荡器2上设置有温度控制组件5，可以精确地控制衰荡腔24内的温度，以调整衰荡腔24内的参数，使衰荡腔24内的相关参数与激光波长相匹配。从而可以提高该气体浓度的检测装置的检测精度。
在又一种可能的实现方式中，如图1所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置还包括光隔离器6，该光隔离器6设置在激光发生组件1和衰荡器2之间，并且位于激光光束传输路径A上，用于控制激光光束的传输方向。
本申请实施例中，为了减少激光光束在传输路径上因为各种原因对光路系统产生的不良影响，可以在激光发生组件1和衰荡器2之间的激光光束传输路径A上设置光隔离器6。例如，可以采用隔离度大于30dB，透过率大于70%的光隔离器6。
这一实施例中，由于在激光光束传输路径A上设置有光隔离器6，可以减少反射光对激光发生组件1的激光器12的光谱输出功率稳定性产生的不良影响，从而可以提高激光光束的传输效率。
在又一种可能的实现方式中，如图1所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置还包括声光调制器7，声光调制器7设置在光隔离器6和衰荡器2之间，并且位于激光光束传输路径A上，用于切断激光光束的传输路径或导通激光光束的传输路径，光电探测器3与声光调制器7电联接。
示例性的，可以将声光调制器7设置在光隔离器6和衰荡器2之间，并将声光调制器7与光电探测器3电连接。可以根据光电探测器3探测到的激光光束的强度，控制声光调制器7的工作状态。
这一实施例中，由于在衰荡器2和光隔离器6之间设置有声光调制器7，并且将声光调制器7与光电探测器3电连接，可以在光电探测器3探测到衰荡腔24内的激光光束的强度达到阈值之后，向声光调制器7发送控制信号，以通过声光调制器7切断激光光束的传输路径，从而可以使衰荡腔24内的激光光束的强度保持一定。
在又一种可能的实现方式中，如图1所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置，在光隔离器6和声光调制器7之间设置有第三反射件91，第三反射件91用于改变从光隔离器6出射的激光光束的传输方向，并且激光光束经过第三反射件91之后能够传输至声光调制器7。
示例性的，可以在光隔离器6和声光调制器7之间设置作为第三反射件91的反射镜片，并且将该反射镜片与从光隔离器6出射的激光光束之间的夹角设置为45°，从而可以使从光隔离器6出射的激光光束照射在第三反射件91上之后，激光光束的传输方向改变90°。需要说明的是，第三反射件91与从光隔离器6出射的激光光束之间的夹角还可以设置为其他角度，本申请实施例对此不作限定。
在又一种可能的实现方式中，如图1所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置，在声光调制器7和衰荡器2之间设置有第四反射件92，第四反射件92用于改变从声光调制器7出射的激光光束的传输方向，并且激光光束经过第四反射件92之后能够传输至衰荡器2。
示例性的，可以在声光调制器7和衰荡器2之间设置作为第四反射件92的反射镜片，并且将该反射镜片与从声光调制器7出射的激光光束之间的夹角设置为45°，同时，将第四反射件92和第三反射件91相对设置。从而可以使从光隔离器6出射的激光光束照射在第四反射件92上之后，激光光束的传输方向改变90°，并且从光隔离器6到第三反射件91之间的激光光束与从第四反射件92到衰荡器2之间的激光光束相平行，或接近平行。需要说明的是，第四反射件92与从声光隔离器6出射的激光光束之间的夹角还可以设置为其他角度，本申请实施例对此不作限定。
上述实施例中，由于在光隔离器6和衰荡器2之间设置有两个反射件，通过两个反射件可以改变激光光束的传输路径，从而可以将该气体浓度检测装置中的各个器件以环形的方式依次相对设置，进而可以减小各个器件所占用的空间大小，有利于该气体浓度检测装置的体积的小型化设计。
在又一种可能的实现方式中，如图1所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置还包括数据处理组件8，数据处理组件8与光电探测器3电联接，用于采集和处理从光电探测器3传输的数据。
示例性地，可以将数据处理组件8设置为包括数据采集卡和计算机设备的结构形式，将数据采集卡与光电探测器3电联接，将计算机设备与数据采集卡电联接。通过数据采集卡可以采集从光电探测器3探测到的激光光束强度的变化数据，通过计算机设备可以对采集到的激光光束强度的变化数据进行处理，并与标定参数进行比较，以快速地确定待测气体的浓度。
在又一种可能的实现方式中，如图1所示，本申请实施例提供的气体浓度检测装置中，在沿激光光束传输路径A上，衰荡腔24两端均设置有匹配透镜，匹配透镜用于调整激光光束的传输路径。
示例性的，可以在第四反射件92和衰荡器2之间设置第三匹配透镜95，可以在衰荡器2与光电探测器3之间设置第四匹配透镜96。可以通过第三匹配透镜95微调入射到衰荡器2的衰荡腔24内的激光光束的传输方向，可以通过第四匹配透镜96微调入射到光电探测器3上的激光光束的传输方向。第三匹配透镜95和第四匹配透镜96可以采用平凸透镜。
又一示例，还可以在第三反射件91和声光调制器7之间设置第一匹配透镜93，在声光调制器7和第四反射件92之间设置第二匹配透镜94。第一匹配透镜93和第二匹配透镜94可以采用平凸透镜。
这一实施例中，通过在气体浓度检测装置的激光光束传输路径A上设置多个匹配透镜，可以通过匹配透镜对激光光束的传输路径进行微调，以使激光光束准确地传输至下一个器件中，可以减少激光光束未能完全传输至下一个器件而产生的损耗。
本申请实施例提供的气体浓度检测装置，在使用的过程中，如图1和图2所示，激光光束从激光器12射出后，首先通过光隔离器6，在第三反射件91的反射下，激光光束改变传输路径。然后经过起开关作用的声光调制器7，并转变为一级衍射光，再在第四反射件92的反射下，激光光束再次改变传输路径，进入衰荡器2的衰荡腔24内。由于衰荡腔24的两侧装有两片反射镜片，激光光束在衰荡腔24两端的反射镜片之间形成谐振。当光电探测器3接收到的衰荡腔24内的激光光束的强度达到阈值后，通过阈值触发电路控制声光调制器7偏转回零级衍射光，以切断激光光路，衰荡腔24内不再有激光光束射入。最终，从第二反射件23出射的透射光光强度呈指数衰减，以形成衰荡信号，衰荡信号通过第四匹配透镜96聚焦在光电探测器3上，随后信号经数据处理组件8中的数据采集卡传输到计算机设备，通过计算机设备对数据进行处理，以得到待测气体的浓度。
本申请实施例提供的气体浓度检测装置，在投入使用之前，需要对其进行标定。例如，在对14CO2气体中的14C含量进行测量的情况下，需要将已知浓度的14CO2气体通入衰荡腔24内，然后使该装置对该已知浓度的14CO2气体进行测量，从而可以得出测量的14C含量与实际浓度之间的关系。为了提高该气体浓度检测装置的测量精度，可以通过改变14CO2气体浓度、衰荡腔24内的反射镜的反射率、探测距离等参数，准确测量14CO2气体吸收光谱强度，从而可以得到14CO2气体浓度与该装置中的各个器件的参数之间的标定参数。其中，探测距离包括衰荡腔24内的两个反射镜之间的距离和第三匹配透镜95与第一反射件22之间的距离。这样，可以以该标定参数为基准，对未知浓度的14CO2气体进行测量，从而可以得到未知浓度的14CO2气体中的14C的含量。
以上仅为本申请的优选实施例，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或等效流程变换，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 (10)
1.一种气体浓度检测装置，其特征在于，包括：
激光发生组件，用于产生激光光束；
衰荡器，具有封闭的衰荡腔，所述衰荡腔用于容纳待测气体，所述衰荡腔位于所述激光发生组件产生的激光光束传输路径上，所述激光光束能够进入所述衰荡腔内，并在衰荡腔内传输；
光电探测器，设置在与所述衰荡腔对应的位置，用于探测从所述衰荡腔内传输出的激光光束的强度。
2.根据权利要求1所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述衰荡器包括密封壳体，在所述密封壳体内设置有两个反射件，两个所述反射件相对设置；其中，所述衰荡腔包括位于两个所述反射件之间的空间，在所述激光光束进入所述密封壳体内的情况下，所述激光光束能够在两个所述反射件之间往复反射传输。
3.根据权利要求2所述的气体浓度检测装置，其特征在于，还包括真空泵，所述真空泵与所述密封壳体连接，并且与所述衰荡腔连通，用于抽吸所述衰荡腔内的气体，以使得所述衰荡腔内形成真空。
4.根据权利要求2所述的气体浓度检测装置，其特征在于，还包括温度控制组件，所述温度控制组件与所述衰荡器连接，用于对所述衰荡腔进行加热或降温，以控制所述衰荡腔内的温度。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的气体浓度检测装置，其特征在于，还包括光隔离器，所述光隔离器设置在所述激光发生组件和所述衰荡器之间，并且位于激光光束传输路径上，用于控制所述激光光束的传输方向。
6.根据权利要求5所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述还包括声光调制器，所述声光调制器设置在所述光隔离器和所述衰荡器之间，并且位于激光光束传输路径上，用于切断所述激光光束的传输路径或导通所述激光光束的传输路径，所述光电探测器与所述声光调制器电联接。
7.根据权利要求6所述的气体浓度检测装置，其特征在于，在所述光隔离器和所述声光调制器之间设置有第三反射件，所述第三反射件用于改变从所述光隔离器出射的激光光束的传输方向，并且激光光束经过所述第三反射件之后能够传输至所述声光调制器。
8.根据权利要求6所述的气体浓度检测装置，其特征在于，在所述声光调制器和所述衰荡器之间设置有第四反射件，所述第四反射件用于改变从所述声光调制器出射的激光光束的传输方向，并且激光光束经过所述第四反射件之后能够传输至所述衰荡器。
9.根据权利要求1至4任意一项所述的气体浓度检测装置，其特征在于，还包括数据处理组件，所述数据处理组件与所述光电探测器电联接，用于采集和处理从所述光电探测器传输的数据。
10.根据权利要求1至4任意一项所述的气体浓度检测装置，其特征在于，在沿激光光束传输路径上，所述衰荡腔两端均设置有匹配透镜，所述匹配透镜用于调整所述激光光束的传输路径。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849245A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-19 | 南京先进激光技术研究院 | 一种吸收腔式激光击穿检测装置 |
| CN107037003A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-08-11 | 南昌航空大学 | 一种基于光腔衰荡光谱技术检测高纯气体中水汽含量的系统 |
| CN107462551A (zh) * | 2017-09-05 | 2017-12-12 | 安徽宝龙环保科技有限公司 | 一种用于气体检测的激光波长锁定的方法及装置 |
| CN108562550A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-21 | 中国计量科学研究院 | 一种绝对测量大气中碳同位素含量的稳频光腔衰荡光谱仪 |
| CN108680527A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-19 | 中国计量科学研究院 | 一种测量放射性碳14c的光腔衰荡光谱仪 |
| CN109580585A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-04-05 | 重庆大学 | 变压器特征气体拉曼光谱检测装置及检测方法 |
| WO2021007782A1 (zh) * | 2019-07-16 | 2021-01-21 | 深圳先进技术研究院 | 一种光腔衰荡光谱仪系统 |
| CN113424052A (zh) * | 2019-01-18 | 2021-09-21 | Ap2E公司 | 适用于通过拉曼光谱法检测气体的痕迹的具有光学反馈的谐振光学腔系统 |
| CN114235699A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 长春理工大学 | 一种痕量气体浓度的检测装置 |
| CN114235701A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 长春理工大学 | 一种实时自校准痕量气体浓度的检测装置 |
| CN114910445A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-08-16 | 安徽合束环境科技有限公司 | 一种基于光腔衰荡的痕量气体检测系统及方法 |
-
2023
- 2023-09-04 CN CN202311130128.5A patent/CN116858793A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849245A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-19 | 南京先进激光技术研究院 | 一种吸收腔式激光击穿检测装置 |
| CN107037003A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-08-11 | 南昌航空大学 | 一种基于光腔衰荡光谱技术检测高纯气体中水汽含量的系统 |
| CN107462551A (zh) * | 2017-09-05 | 2017-12-12 | 安徽宝龙环保科技有限公司 | 一种用于气体检测的激光波长锁定的方法及装置 |
| CN108562550A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-21 | 中国计量科学研究院 | 一种绝对测量大气中碳同位素含量的稳频光腔衰荡光谱仪 |
| CN108680527A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-19 | 中国计量科学研究院 | 一种测量放射性碳14c的光腔衰荡光谱仪 |
| CN109580585A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-04-05 | 重庆大学 | 变压器特征气体拉曼光谱检测装置及检测方法 |
| CN113424052A (zh) * | 2019-01-18 | 2021-09-21 | Ap2E公司 | 适用于通过拉曼光谱法检测气体的痕迹的具有光学反馈的谐振光学腔系统 |
| WO2021007782A1 (zh) * | 2019-07-16 | 2021-01-21 | 深圳先进技术研究院 | 一种光腔衰荡光谱仪系统 |
| CN114235699A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 长春理工大学 | 一种痕量气体浓度的检测装置 |
| CN114235701A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 长春理工大学 | 一种实时自校准痕量气体浓度的检测装置 |
| CN114910445A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-08-16 | 安徽合束环境科技有限公司 | 一种基于光腔衰荡的痕量气体检测系统及方法 |
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