红外气体分析设备及其分析方法技术

本发明专利技术提供了红外气体分析设备及其分析方法，包括红外光源、对红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的红外光源发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从参考气室或吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与探测装置相连并将电信号输出的外接电路，探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，其探测从参考气室或吸收气室出来的红外光束，并得出相应的电信号。从而提高了测量分析的灵敏度、缩短了响应时间以及提高了测量精度；并且为设备的微型化、便携化提供了有利条件。

【技术实现步骤摘要】
红外气体分析设备及其分析方法
本专利技术涉及红外气体分析
，具体涉及一种红外气体分析设备及其分析方法。
技术介绍
气体的分子振动具有分立的能级，如果红外光子能量等于分子振动两个能级差，则分子吸收这种特定频率的光子，能级发生跃迁，振动能级能从低能级跃迁到高能级。这种被吸收光的特定波长或者特定频率称作是这种分子的特征吸收波长或者特征吸收频率。气体分子吸收波段大多处在近中红外波段(0.75um-12um)。气体吸收光的规律满足朗道-比伯定律。传统的红外气体分析仪，常常面临着一个严重的问题，就是气体之间的串扰。也就是在探测一种气体时，由于光源的非单色性，待测气体A中混入的其他的气体B也会吸收待测气体A对应的特定波长附近波长的红外光。同样，待测气体B中的气体A也会吸收气体B对应的特征波长附近波长的红外光，这就导致测量精度不精确。气体分析仪中气体经过红外吸收到达光电传感器，由光电传感器测出其浓度大小。在传统的气体分析仪中，光电传感器反映时间长，灵敏度低，而且仪器中吸收气室较长，以能够有足量的光被吸收，所以体积较大，不便于携带。这主要是因为所用光电材料的迁移率低等因素造成的。因此，对气体分析仪的研究至关重要，从而将其体积减小，同时提高探测灵敏度。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供一种红外气体分析设备及其分析方法，从而提高探测灵敏度，缩小设备体积。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种红外气体分析设备，包括红外光源、对所述红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的所述红外光源所发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收所述红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从所述参考气室或所述吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与所述探测装置相连并将所述电信号输出的外接电路，其中，所述探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，由其探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述红外光束，并得出相应的电信号。优选地，所述光电导红外传感器件由单层石墨烯和所述单层石墨烯上的量子点膜构成。优选地，所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光；所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号。优选地，所述窄带红外光源采用量子点光电二极管发出单色窄带红外光。优选地，所述窄带红外光源采用分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管，由石墨烯和量子点构成的所述光电导红外传感器件中采用分别具有不同吸收波长的量子点材料；所述光电导红外传感器件中所采用的量子点材料与所述多个光电二极管中所采用的量子点材料分别一一对应相同。优选地，所述窄带红外光源还包括可转动窄带光源板，所述分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管位于所述可转动窄带光源板上。优选地，所述窄带红外光源采用广谱光源经单色窄带滤光片后得到单色窄带红外光。优选地，所述窄带红外光源由广谱光源和可转动的滤光板构成，所述滤光板包括分别具有不同波长的多个所述单色窄带滤光片。优选地，所述待测气体为一种或多种，所述单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的红外特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分红外特征吸收波长。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种采用红外气体分析设备进行的气体分析方法，其包括以下步骤：步骤01：向所述吸收气室充入待测气体；步骤02：选择红外光源，所选择的红外光源发出红外光；所述红外光的波长范围内含有所述待测气体的特征吸收波长；步骤03：所述调制装置对所述红外光进行调制，并经所述分光装置将所述红外光分成两束等光通量的红外光束；步骤04：两束所述红外光束分别进入所述参考气室和所述吸收气室；步骤05：所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件分别对从所述参考气室和所述吸收气室出来的光束进行探测并输出相应的电信号；步骤06：所述外接电路将所述电信号输出，从而得到所述待测气体的分析结果。优选地，所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光；所述步骤02具体包括：选择窄带红外光源，所选择的窄带红外光源发出单色窄带红外光，该单色窄带红外光波长的峰位与所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且该单色窄带红外光波长范围内仅含有所述待测气体的部分特征吸收波长；所述步骤03具体包括：所述调制装置对所述单色窄带红外光进行调制，并经所述分光装置将所述单色窄带红外光分成两束等光通量的单色窄带红外光束；所述步骤04具体包括：两束所述单色窄带红外光束分别进入所述参考气室和所述吸收气室；所述步骤05具体包括：所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号。优选地，所述待测气体为多种；所述窄带红外光源由可转动窄带光源板构成，所述分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管位于所述可转动窄带光源板上；所述步骤02包括：首先，设定窄带光源板旋转后的停止时段；然后，转动所述窄带光源板，使所述窄带光源板上的其中一个光电二极管对准所述调制装置，所述窄带光源板在所述停止时段内保持静止；其中，所述其中一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述其中一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分特征吸收波长；所述步骤06之后，还包括：步骤07：当所设定的窄带光源板旋转后的停止时段结束后，继续转动所述窄带光源板，使所述窄带光源板上的另一个光电二极管对准所述调制装置，所述窄带光源板继续在所述停止时段内保持静止；其中，所述另一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长的峰位与另一种所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述另一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长范围内仅含有另一种所述待测气体的部分特征吸收波长；步骤08：重复所述步骤03-07，直至将所要探测的所述待测气体都探测完毕；步骤09：重复上述步骤01-08，对所探测到的数据进行实时跟踪。优选地，所述待测气体为多种；所述窄带红外光源由广谱光源和可转动的滤光板构成，所述滤光板包括所述具有不同波长的多个所述单色窄带滤光片；所述步骤02包括：首先，设定所述滤光板旋转后的停止时段；然后，转动所述滤光板，使所述滤光板上的其中一个单色窄带滤光片对准所述调制装置，所述滤光板在所述停止时段内保持静止；其中，经所述其中一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且经所述其中一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分特征吸收波长；所述步骤06之后，还包括：步骤07：当所设定的滤光板旋转后的停止时段结束后，继续转动所述滤光板，使所述滤光板上的另一个单色窄带滤光片对准所述调制装置，所述滤光板继续在所述停止时段内保持静止；其中，经所述另一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长的峰值与另一种所述待测气体的特征吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外气体分析设备，包括红外光源、对所述红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的所述红外光源所发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收所述红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从所述参考气室或所述吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与所述探测装置相连并将所述电信号输出的外接电路，其特征在于：所述探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，由其探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述红外光束，并得出相应的电信号。

【技术特征摘要】
1.一种红外气体分析设备，包括红外光源、对所述红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的所述红外光源所发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收所述红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从所述参考气室或所述吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与所述探测装置相连并将所述电信号输出的外接电路，其特征在于：所述探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，由其探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述红外光束，并得出相应的电信号；所述吸收气室的内壁涂覆有反射膜；石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件中的多种量子点材料相互混杂在一起形成一量子点层、或者分别形成具有不同波长的多层量子点层、或者在一层量子点层中分别形成具有不同波长的多个量子点区域；其中，所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光；所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号；所述窄带红外光源采用量子点光电二极管发出单色窄带红外光；所述窄带红外光源采用分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管，由石墨烯和量子点构成的所述光电导红外传感器件中采用分别具有不同吸收波长的量子点材料；所述光电导红外传感器件中所采用的量子点材料与所述多个光电二极管中所采用的量子点材料分别一一对应相同。2.根据权利要求1所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述光电导红外传感器件由单层石墨烯和所述单层石墨烯上的量子点膜构成。3.根据权利要求1所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源还包括可转动窄带光源板，所述分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管位于所述可转动窄带光源板上。4.根据权利要求1所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源采用广谱光源经单色窄带滤光片后得到单色窄带红外光。5.根据权利要求4所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源由广谱光源和可转动的滤光板构成，所述滤光板包括分别具有不同波长的多个所述单色窄带滤光片。6.根据权利要求1-5任意一项所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述待测气体为一种或多种，所述单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的红外特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分红外特征吸收波长。7.一种采用权利要求1所述的红外气体分析设备进行的气体分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤01：向所述吸收气室充入待测气体；其中，所述吸收气室的内壁涂覆有反射膜；步骤02：选择红外光源，所选择的红外光源发出红外光；所述红外光的波长范围内含有所述待测气体的特征吸收波长；所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光；所述窄带红外光源采用分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管，由石墨烯和量子点构成的所述光电导红外传感器件中采用分别具有不同吸收波长的量子点材料；所述光电导红外传感器件中所采用的量子点材料与所述多个光电二极管中所采用的量子点材料分别一一对应相同；步骤03：所述调制装置对所述红外光进行调制，并经所述分光装置将所述红外光分成两束等光通量的红外光束；步骤04：两束所述红外光束分别进入所述参考气室和所述吸收气室；步骤05：所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件分别对从所述参考气室和所述吸收气室出来的光束进行探测并输出相应的电信号；其中，石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件中的多种量子点材料相互混杂在一起形成一量子点层、或者分别形成具有不同波长的多层量子点层、或者在一层量子点层中分别形成具有不同波长的多个量子点区域；其中，所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号；所述窄带红外光源采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚恩明，胡少坚，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31