采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光聲光譜技術和漫反射積分腔應用技術領域，尤其涉及一種采用漫反 射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 氣體濃度的實時監(jiān)測在工業(yè)生產、環(huán)境監(jiān)測等領域都有十分重要的應用，例如煤 炭燃燒的過程中會產生大量N0,對環(huán)境及人身都有巨大危害，因此工業(yè)上常在煙道中通入 NH3，使其與NO進行反應，生成隊及H 20,達到消除NO的目的。然而順3成本較高，過量會導 致浪費，不足又會導致NO過濾不徹底，因而對順 3濃度的準確測量就尤為重要。
[0003] 光聲光譜技術（Photoacoustic spectroscopy-PAS)作為一種新型氣體傳感技術， 具有靈敏度高，可實時監(jiān)測等特點。近年來，低噪聲、高靈敏度的微音器及微弱信號電子檢 測技術的發(fā)展，更使得光聲光譜氣體檢測技術靈敏度的大幅度提升成為可能。另一方面，為 使裝置的氣體檢測限更低，在傳統PAS技術的基礎上，增加光聲池的光程是提高探測靈敏 度的有效手段。對于傳統光聲池，光線入射后，大部分光能從出射窗口出射，未被池內氣體 吸收，光能的利用率較低。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決光聲光譜技術在對氣體進行檢測時，傳統光聲池光能的利用率 較低的問題，現提供采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法及裝置。
[0005] 采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法，該方法是基于下述裝置 實現的，所述裝置包括：鋸齒波信號發(fā)生器1、正弦波信號發(fā)生器2、耦合器3、電流控制器4、 溫度控制器5、可調諧二極管激光器6、楔形玻璃片7、漫反射長方腔8和信號轉換裝置11 ;
[0006] 鋸齒波信號發(fā)生器1的鋸齒波信號輸出端連接耦合器3的鋸齒波信號輸入端，
[0007] 正弦波信號發(fā)生器2的正弦波信號輸出端連接耦合器3的正弦波信號輸入端，
[0008] 耦合器3的耦合信號輸出端連接電流控制器4的耦合信號輸入端，
[0009] 電流控制器4的電流信號輸出端連接可調諧二極管激光器6的電流信號輸入端，
[0010] 溫度控制器5的溫控信號輸出端連接可調諧二極管激光器6的溫控信號輸入端，
[0011] 可調諧二極管激光器6輸出的激光入射至楔形玻璃片7的斜面，楔形玻璃片7將 其入射光透射至漫反射長方腔8內，
[0012] 漫反射長方腔8內充有待測量的氣體，信號轉換裝置11位于漫反射長方腔8內， 且用于采集漫反射長方腔8內的氣壓信號；
[0013] 所述方法包括：
[0014] 步驟一：將鋸齒波信號發(fā)生器1產生的掃描鋸齒波信號和正弦波信號發(fā)生器2產 生的調制正弦波信號通過耦合器3耦合到電流控制器4上，
[0015] 步驟二：通過電流控制器4與溫度控制器5控制可調諧二極管激光器6的工作電 流和工作溫度，使得可調諧二極管激光器6輸出激光，且該激光的中心波長能夠完整地掃 描過待測量氣體吸收線，
[0016] 步驟三：將可調諧二極管激光器6輸出的激光經楔形玻璃片7透射入漫反射長方 腔8內，漫反射長方腔8的入射光被腔內壁多次反射直至形成均勻光場，使得入射光在腔內 的光程延長，
[0017] 步驟四：利用信號轉換裝置11采集漫反射長方腔8內的氣壓變化信號，并將該氣 壓變化信號轉換為電信號，即：調制信號，
[0018] 步驟五：利用正弦波信號發(fā)生器2產生的調制正弦波信號對調制信號進行解調， 獲得調制信號的二次諧波分量，即待測氣體調制信號的第二階傅立葉展開系數S s (ω。)，
[0019] 步驟六：利用待測氣體調制信號的第二階傅立葉展開系數Ss(co。）獲得待測量氣 體的濃度N s，
[0020] Ns= Ss(?0)Nr/Sr(?0)
[0021] 其中，SJco。）為標定氣體濃度為隊時，標定氣體調制信號的第二階傅立葉展開系 數。
[0022] 采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的裝置，它包括：鋸齒波信號發(fā) 生器1、正弦波信號發(fā)生器2、耦合器3、電流控制器4、溫度控制器5、可調諧二極管激光器 6、楔形玻璃片7、漫反射長方腔8、信號轉換裝置11、鎖相放大器12、數據采集卡13和計算 機14 ;
[0023] 鋸齒波信號發(fā)生器1的鋸齒波信號輸出端同時連接耦合器3的鋸齒波信號輸入端 和數據采集卡13的鋸齒波信號輸入端，
[0024] 正弦波信號發(fā)生器2的正弦波信號輸出端同時連接耦合器3的正弦波信號輸入端 和鎖相放大器12的正弦波信號輸入端，
[0025] 親合器3的親合信號輸出端連接電流控制器4的親合信號輸入端，
[0026] 電流控制器4的電流信號輸出端連接可調諧二極管激光器6的電流信號輸入端，
[0027] 溫度控制器5的溫控信號輸出端連接可調諧二極管激光器6的溫控信號輸入端，
[0028] 可調諧二極管激光器6輸出的激光入射至楔形玻璃片7的斜面，楔形玻璃片7將 其入射光透射至漫反射長方腔8內，
[0029] 漫反射長方腔8內充有待測量的氣體，信號轉換裝置11位于漫反射長方腔8內， 且用于采集漫反射長方腔8內的氣壓信號，
[0030] 信號轉換裝置11的調制信號輸出端連接鎖相放大器12的調制信號輸入端，
[0031] 鎖相放大器12的解調信號輸出端連接數據采集卡13的解調信號輸入端，
[0032] 數據采集卡13的解調信號輸出端連接計算機14的解調信號輸入端。
[0033] 上述計算機14中包括以下單元：
[0034] 信號采集單元：采集數據采集卡13輸出的解調信號，
[0035] 氣體濃度計算單元：利用解調信號獲得待測量氣體的濃度Ns，
[0036] Ns= Ss(?0)Nr/Sr(?0)
[0037] 其中，Ss(co。）為待測量氣體調制信號的第二階傅立葉展開系數，g卩：解調信號， S1^ ( ω。）為標定氣體濃度為隊時，標定氣體調制信號的第二階傅立葉展開系數。
[0038] 本發(fā)明所述的采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法及裝置，在 繼承傳統光聲光譜技術優(yōu)勢的基礎上，將生產工藝簡單、價格低廉的高漫反射長方腔應用 于光聲光譜痕量氣體探測中，通過延長光程，從而提高了氣體測量的靈敏度，提高了光能的 利用率，進而降低了氣體濃度測量系統的成本，并具有響應速度快、穩(wěn)定性好、維護簡單、可 實時監(jiān)測等優(yōu)點。本發(fā)明可對低濃度氣體進行實時監(jiān)測。
【附圖說明】
[0039] 圖1為采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法的流程圖；
[0040] 圖2為采用漫反射積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0041] 一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的采用漫反射 積分腔作為光聲池測量痕量氣體濃度的方法，該方法是基于下述裝置實現的，所述裝置包 括：鋸齒波信號發(fā)生器1、正弦波信號發(fā)生器2、耦合器3、電流控制器4、溫度控制器5、可調 諧二極管激光器6、楔形玻璃片7、漫反射長方腔8和信號轉換裝置11 ;
[0042] 鋸齒波信號發(fā)生器1的鋸齒波信號輸出端連接耦合器3的鋸齒波信號輸入端，
[0043] 正弦波信號發(fā)生器2的正弦波信號輸出端連接耦合器3的正弦波信號輸入端，
[0044] 耦合器3的耦合信號輸出端連接電流控制器4的耦合信號輸入端，
[0045] 電流控制器4的電流信號輸出端連接可調諧二極管激光器6的電流信號輸入端，
[0046] 溫度控制器5的溫控信號輸出端連接可調諧二極管激光器6的溫控信號輸入端，
[0047] 可調諧二極管激光器6輸出的激光入射至楔形玻璃片7的斜面，楔形玻璃片7將 其入射光透射至漫反射長方腔8內，
[0048] 漫反射長方腔8內充有待測量的氣體，信號轉換裝置11位于漫反射長方腔8內，