开路式气体浓度分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种开路式气体浓度分析方法及装置，涉及气体浓度分析技术领域，该装置包括：光源、准直器、色散仪、测量仪，其中，光源用于发出覆盖被测气体特征吸收光谱的光，其中，被测气体为开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体；准直器用于将光源发出的光准直后照射到被测气体；色散仪用于对被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长的光的会聚点在目标方向上散布，其中，目标方向为光从色散仪出射后的传播方向；测量仪用于通过在目标方向上的移动来接收不同会聚点的光能，并根据会聚点的光能对被测气体的浓度进行分析。本发明专利技术缓解了对开放环境中的被测气体进行浓度分析的传统方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
开路式气体浓度分析方法及装置
本专利技术涉及气体浓度分析
，尤其是涉及一种开路式气体浓度分析方法及装置。
技术介绍
基于朗伯-比尔定律的光学吸收法是气体检测的基本方法之一，基于朗伯-比尔定律所进行的连续吸收光谱气体检测具有抗干扰能力强的特点，特别适合于复杂背景环境下的气体检测。其中，对于大气中气体浓度所进行的开路式连续吸收光谱气体检测，在环境质量监控方面具有广泛应用。常用的对开路式连续吸收光谱气体进行检测的方法是采用棱镜色散型或光栅色散型光谱仪进行光谱采集，这两种类型的光谱仪均有一个光波的入射狭缝。狭缝越窄，光谱仪的光谱分辨率越高；但是，较窄的狭缝会造成光能量的下降，从而使得光谱信噪比较低，难以满足微量气体的检测需求。传统气体浓度分析方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题影响了气体检测的精确度。针对开路式气体浓度分析方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题，目前缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种开路式气体浓度分析方法及装置，以缓解对开放环境中的密封的被测气体进行浓度分析的传统方法中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种开路式气体浓度分析装置，包括：光源、准直器、色散仪、测量仪，其中，所述光源用于发出覆盖被测气体特征吸收光谱的光，其中，所述被测气体为所述开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体；所述准直器用于将所述光源发出的光准直后照射到所述被测气体；所述色散仪用于对所述被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长的光的会聚点在目标方向上散布，其中，所述目标方向为光从所述色散仪出射后的传播方向；所述测量仪用于通过在所述目标方向上的移动来接收不同的所述会聚点的光能，并根据所述会聚点的光能对所述被测气体的浓度进行分析。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光源为点光源。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述色散仪为折射式的会聚透镜，所述会聚透镜使不同的所述会聚点按光波长在所述透镜的光轴方向依次分布。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述测量仪包括：光阑、位置控制器、光探测器和信号处理器，其中，所述光阑的开孔位置设于所述透镜的光轴上，且所述位置控制器用于控制所述光阑在所述透镜的光轴方向移动，以使所述光阑移动到不同的所述会聚点处；所述光探测器用于对透过所述光阑的光进行探测，并将探测到的光转化为电信号；所述信号处理器和所述光探测器连接，用于接收所述光探测器转化的电信号，并根据所述电信号计算所述被测气体的浓度。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述光阑的开孔为在不透光材料上所开的圆孔。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述位置控制器为中空圆柱式的音圈电机，所述光阑安装在所述音圈电机的圆柱端面上，且所述光阑的开孔嵌设在所述音圈电机的中空部分。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述光探测器为单像元光电探测器。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述准直器包括折射式消色差准直镜或者全反射准直镜。第二方面，本专利技术实施例还提供一种开路式气体浓度分析方法，包括：准直步骤，将光源发出的光准直后照射到被测气体，其中，所述被测气体为所述开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体，所述光源发出的光覆盖所述被测气体的特征吸收光谱；色散步骤，对所述被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长的光的会聚点在目标方向上散布，其中，所述目标方向为光从色散仪出射后的传播方向；测量步骤，接收目标方向上不同所述会聚点的光能，并根据所述会聚点的光能对所述被测气体的浓度进行分析。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，开路式气体浓度分析方法还包括：构造步骤，用于通过单透镜或透镜组构造色散仪，所述色散仪用于对所述被测气体透过的光进行会聚和色散，以使得所述会聚点的间距满足预设间距值。本专利技术实施例带来了以下有益效果：该开路式气体浓度分析装置，包括：光源、准直器、色散仪、测量仪，其中，光源发出覆盖被测气体特征吸收光谱的光，被测气体为开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体；准直器用于将光源发出的光准直后照射到被测气体；色散仪用于对被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长的光的会聚点在目标方向上散布，其中，目标方向为光从色散仪出射后的传播方向；测量仪用于通过在目标方向上的移动来接收不同的会聚点的光能，并根据会聚点的光能对被测气体的浓度进行分析。首先，该开路式气体浓度分析装置将光源发出的光作为入射光，与传统色谱仪狭缝透射环境中的光相比，光源发出的光具有较大的光通量，有利于提高会聚点的光能量，从而提升微量气体检测的信噪比。其次，光源发出的光会向四面八方发散，准直器准直后照射到被测气体，使得色散仪能够将被测气体透过的光进行会聚，以通过会聚点仍然实现对被测气体的浓度进行分析的目的；且会聚点在目标方向上散布，目标方向为光从色散仪出射后的传播方向，测量仪通过在目标方向上的移动来接收不同的所述会聚点的光能，从而测量仪每次接收到的只是一个会聚点的光能，提升了对不同会聚点光能检测的精度，即，提升了光谱分辨率。因而，该开路式气体浓度分析装置缓解了传统气体浓度分析装置中，光谱分辨率与信噪比相互制约的技术问题，对于环境气体的精确检测具有重要意义。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的一种开路式气体浓度分析装置的结构框图；图2为本专利技术实施例一提供的一种开路式气体浓度分析装置的光路图；图3为本专利技术实施例一提供的一种色散仪的色散原理图；图4为本专利技术实施例二提供的一种开路式气体浓度分析方法的流程图；图5为本专利技术实施例二提供的另一种开路式气体浓度分析方法的流程图。图标：1-光源；2-准直器；3-被测区域；4-色散仪；5-测量仪；51-光阑；52-位置控制器；53-光探测器；54-信号处理器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。对开路气体进行浓度分析的传统方法中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开路式气体浓度分析装置，其特征在于，包括：光源、准直器、色散仪、测量仪，其中，所述光源用于发出覆盖被测气体特征吸收光谱的光，其中，所述被测气体为所述开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体；所述准直器用于将所述光源发出的光准直后照射到所述被测气体；所述色散仪用于对被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长光的会聚点在目标方向上散布，其中，所述目标方向为光从所述色散仪出射后的传播方向；所述测量仪用于通过在所述目标方向上的移动来接收不同的所述会聚点的光能，并根据所述会聚点的光能对所述被测气体的浓度进行分析。

【技术特征摘要】
1.一种开路式气体浓度分析装置，其特征在于，包括：光源、准直器、色散仪、测量仪，其中，所述光源用于发出覆盖被测气体特征吸收光谱的光，其中，所述被测气体为所述开路式气体浓度分析装置所处环境中的气体；所述准直器用于将所述光源发出的光准直后照射到所述被测气体；所述色散仪用于对被测气体透过的光进行会聚和色散，以使不同波长光的会聚点在目标方向上散布，其中，所述目标方向为光从所述色散仪出射后的传播方向；所述测量仪用于通过在所述目标方向上的移动来接收不同的所述会聚点的光能，并根据所述会聚点的光能对所述被测气体的浓度进行分析。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源为点光源。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述色散仪为折射式的会聚透镜，所述会聚透镜使不同的所述会聚点按光波长在所述透镜的光轴方向依次分布。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测量仪包括：光阑、位置控制器、光探测器和信号处理器，其中，所述光阑的开孔位置设于所述透镜的光轴上，且所述位置控制器用于控制所述光阑在所述透镜的光轴方向移动，以使所述光阑移动到不同的所述会聚点处；所述光探测器用于对透过所述光阑的光进行探测，并将探测到的光转化为电信号；所述信号处理器和所述光探测器连接，用于接收所述光探测器转化的电信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新全，武婧，刘羽嘉，
申请(专利权)人：青岛崂应环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37