激光检测系统和方法技术方案

一种激光检测系统包括：多个激光器，其中每个激光器被配置成产生用于激发一种或多种不同的化合物的相应激光束；用于容纳一定体积的样品气体的样品单元；至少一个引导装置，其被配置成将激光束引导到样品单元，其中所述至少一个引导装置被配置成将激光束沿着共同的光学路径引导到样品单元，以及用于检测从样品单元输出的光的检测器设备。

Laser detection system and method

A laser detection system includes: a plurality of lasers, each of which is configured to produce laser excitation of one or more different compounds corresponding to the laser beam; for the sample gas sample unit holds a volume; at least one guide device, which is configured to guide the laser beam to the sample unit, wherein the at least one guide device configured to convert the laser beam along the optical path of the common guide to the sample unit, and used to detect samples from the detector unit of light output device.

【技术实现步骤摘要】
激光检测系统和方法
本专利技术涉及一种激光检测系统和方法，例如用于基于激光吸收光谱进行气体分析的系统和方法。
技术介绍
连续排放监测仪器越来越多的需要用于监测在各种工业场所(例如在发电厂、处理工业工厂和商业运输设施)中的工业污染输出。该需求源于例如对效率的提高、健康和安全方面的考虑和法律的要求。理想的是可以获得对一系列被排放的化合物的测量，这些化合物例如：二氧化硫，氮氧化物，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，水和氧气。已知的气体分析系统仅对于单一化合物或少数的化合物是敏感的。为了使用已知的系统来测量多种化合物，可能需要安装多个不同的连续排放监测仪器。这是低效率的、复杂的并占用大量的空间。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供了一种激光检测系统，其包括：多个激光器，其中每个激光器被配置成产生用于激发一种或多种不同的化合物的相应激光束；用于容纳一定体积的样品气体的样品单元；至少一个引导装置，其被配置成将激光束引导到样品单元，其中所述至少一个引导装置被配置成将激光束沿着共同的光学路径引导到样品单元，和用于检测从样品单元输出的光的检测器设备。所述至少一个引导装置可包括多个光学元件，其被布置成使得对于每一个激光束而言，相应的至少一个光学元件被布置成沿着共同的光学路径引导所述激光束。多个光学元件可被大体布置在一条直线上。所述多个光学元件可被布置成使得在所述共同光学路径上激光束可重叠它们直径的至少90％，任选地它们直径的至少50％，任选地它们直径的至少20％，任选地它们直径的至少10％。激光束可包括红外光、可见光、任何其它合适波长的光或来自电磁波谱的任何合适部分的光。每个激光器可被布置成使得在操作过程中每个激光器将其激光束在大体垂直于所述直线的方向上传递到相应的至少一个光学元件。至少一个激光器或任选每个激光器可包括量子级联激光器。至少一个所述光学元件可包括平面或非楔形的光学元件。任选地，每个光学元件可包括相应的平面或非楔形的光学元件。多个光学元件可包括至少一个反射镜，任选地至少一个部分反射镜和/或至少一个分色镜。每个光学元件可具有在0.1mm至1mm范围内的厚度。光学元件可被串联布置，并且可被配置成使得在操作过程中每个光学元件将激光束从与其相关联的激光器引导到所述共同的光学路径，和/或引导或允许激光束沿着所述共同的光学路径从串联的之前的光学元件通过。至少一个光学元件或任选每个光学元件可至少部分是反射性的并且至少部分是透射性的。所述至少一个引导装置可包括在所述多个光学元件中的最后一个和样品单元之间且被配置成将激光束引导到所述光学单元内的导向光学器件。所述检测设备可包括多个检测器，每个检测器被配置成检测相应波长或波长范围的辐射。该系统还可包括控制器，其被配置成控制所述多个激光器的操作，以使得激光束为在时间上交错的脉冲激光束。所述控制器可被配置成使得检测设备和所述激光器的操作同步，从而获得一系列的检测信号，每个检测信号与所述激光器中的相应一个相关联。控制器可被配置成控制所述激光器的操作，以使得每一个激光束为在1千赫至200千赫范围内、任选地在10千赫至100千赫范围内脉动的脉冲，和/或其中所述控制器被配置成控制激光器，以使得每一个激光束以在100纳秒至5000纳秒范围内的脉冲长度进行脉动。该系统还可包括处理资源，其被配置成基于所检测到的光输出确定NOx的量。所述多种化合物可包括下述的至少一种：NO，NO2，H2O，CO，CO2，CH4，SO2，NH3，C2H2和O2。所述多个激光器中的每一个可被配置成产生红外激光辐射。每一个激光器可被配置成产生相应的不同波长或波长范围的激光束。至少一个波长范围或任选每个波长范围可选自于以下范围：5.2632至5.2356微米；6.1538至6.1162微米；4.4742至4.4743微米；7.4627至7.4349微米；0.7605至0.7599微米；和10.0到10.2微米。检测器设备可被布置在所述样品单元的相对于所述多个激光器和所述至少一个引导装置的相对侧上。该系统还可包括气体供应装置，其被配置成将样品、任选的为远程样品气体、供应到样品单元。样品单元可包括赫里奥特单元(Herriotcell)和多通单元中的至少一个。该系统可以是连续排放监测系统。在本专利技术的可独立地提供的另一个方面中，提供了一种用于检测多种不同的化合物的方法，包括：产生多个激光束，每一个激光束用于激发一种或多种不同的化合物，将激光束沿着共同的光学路径引导到用于容纳一定体积的样品气体的样品单元，以及检测从样品单元输出的光。在一个方面中的特征可以任何适当组合的方式作为另一个方面中的特征来应用。例如，方法特征可作为系统特征来应用，反之亦然。附图说明现在将仅通过实例的方式并参照附图来对本专利技术的各个方面进行描述，其中：图1是激光光谱系统的示意图；图2是激光光谱系统的激光模块的示意图；以及图3是适于激光光谱系统的壳体的透视图。具体实施方式图1是用于分析收集在传感器设备12的样品单元10中的气体的激光光谱系统的示意图。该系统包括光学耦合到传感器设备12的激光器模块14。该系统还包括控制器16，其以电子、电性或其它方式连接到激光器模块14和传感器设备12。激光器模块14包括多个激光器18和至少一个引导装置，该引导装置为多个光学元件20的形式，光学元件20被布置成将来自激光器的激光束沿着共同的光学路径引导到样品单元10内，如下面关于图2更详细地描述的那样。除了样品单元10之外，传感器设备12还包括导向光学元件22和包括多个检测器的检测器设备24。这些检测器被配置成检测来自样品单元的光。该光可以是红外光、可见光、任何其它合适波长的光或来自电磁波光谱的任何合适部分的光。控制器16包括控制模块26和信号处理器28。控制模块26被配置成控制激光器的操作。信号处理器28被配置成处理从检测器设备24获得的信号。控制器16可以为例如适当地编程的个人计算机或其它计算机的形式，或者可包括专用电路或其它硬件，例如一个或多个ASIC、FPGA或硬件和软件的任何合适组合。在一些实施例中，控制模块26和处理模块可作为单独的不同的组件提供(例如单独的处理资源)，而不是如图1中所示的被设置在相同控制器组件内。样品单元10具有光学入口孔和光学出口孔。样品单元10可以是例如赫里奥特单元(Herriotcell)或任何其它合适类型的样品单元。图1所示的样品单元10限定气体样品可被引入并收集到其中的体积。该气体可包括所关注的一种或多种不同的化合物。可将来自激光器18的光通过样品单元10来确定收集在样品单元10中的气体是否包含这些化合物。如果光在对应于所关注的化合物的吸收光谱或吸收线的波长范围内，则当光穿过单元时所引起的任何光的吸收可能是由于在样品中存在所关注的化合物。一旦确定吸收水平，则可用于确定样品中的所关注的化合物的物理性质，例如浓度。由于不同的化合物具有不同波长的吸收光谱，不同波长的光被提供到样品单元10。图2是图1中所示激光光谱系统的激光模块14的一部分的更详细示意图。光学元件20包括一组部分反射镜32和分色镜34。部分反射镜镜32包括第一反射镜36，第二反射镜38，第三反射镜40，第四反射镜42和第五反射镜44。激光器18包括第一激光器46，第二激光器48，第三激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光检测系统，其包括：多个激光器，其中每个激光器被配置成产生用于激发一种或多种不同的化合物的相应激光束；样品单元，其用于容纳一定体积的样品气体；至少一个引导装置，其被配置成将激光束引导到样品单元，其中所述至少一个引导装置被配置成将激光束沿着共同的光学路径引导到样品单元；和检测器设备，其用于检测从样品单元输出的光。

【技术特征摘要】
2016.04.19 US 15/132,9931.一种激光检测系统，其包括：多个激光器，其中每个激光器被配置成产生用于激发一种或多种不同的化合物的相应激光束；样品单元，其用于容纳一定体积的样品气体；至少一个引导装置，其被配置成将激光束引导到样品单元，其中所述至少一个引导装置被配置成将激光束沿着共同的光学路径引导到样品单元；和检测器设备，其用于检测从样品单元输出的光。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个引导装置包括多个光学元件，所述多个光学元件被布置成使得对于每一个激光束而言，相应的至少一个光学元件被布置成沿着共同的光学路径引导所述激光束。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个光学元件大体被布置在一条直线上。4.根据权利要求2或3所述的系统，其中每个激光器被布置成使得在操作过程中每个激光器将其激光束在大体垂直于所述直线的方向上传递到相应的至少一个光学元件。5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中至少一个所述光学元件包括平面或非楔形的光学元件。6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中所述多个光学元件包括至少一个部分反射镜和/或至少一个分色镜。7.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中每个光学元件具有在0.1mm至1mm范围内的厚度。8.根据权利要求2至7中任一项所述的系统，其中所述多个光学元件串联布置，并且被配置成使得在操作过程中每个光学元件将激光束从与其相关联的激光器引导到所述共同的光学路径，和引导或允许激光束沿着所述共同的光学路径从串联的之前的光学元件通过。9.根据权利要求2至8中任一项所述的系统，其中每个光学元件至少部分是反射性的并且至少部分是透射性的。10.根据权利要求2至9中任一项所述的系统，其中所述至少一个引导装置包括在所述多个光学元件中的最后一个和样品单元之间且被配置成将激光束引导到光学单元内的导向光学器件。11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述检测设备包括多个检测器，每个检测器被配置成检测相应波长或波长范围的辐射。12.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述系统还包括：控制器，其被配置成控...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·布莱克，鲁斯·林德利，
申请(专利权)人：卡斯卡德技术控股有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB