用于分析气态样品的方法和装置制造方法及图纸

一种用于对气态样品(GAS1)的光谱(SPEC1)进行测量的测量装置(500)，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析气态样品的方法和装置


[0001]一些实施方式涉及对气态样品的组成(composition，成分)进行分析。

技术介绍

[0002]气态样品的组成可以通过使用直接吸收光谱法来进行分析。例如，可以通过使用直接吸收光谱法来分析从对象获得的呼吸空气样品。
[0003]图1示出了用于执行直接吸收光谱法的已知的测量系统。已知的测量系统可以包括用于容纳样品气体GAS1的样品单元、用于提供照明光LB0的光源LS1，以及用于检测透射穿过该单元的光LB2的检测器DET1。该系统可以包括用于对照明光LB0进行准直的准直光学器件LNS1，以及包括用于将透射光LB2聚集到检测器DET1的聚光光学器件LNS2。光源LS1可以是可调谐的，即，照明光LB0的波长可以是可调节的。照明光LB0可以具有窄带宽。测量系统可以通过改变照明光LB0的波长λ
LB0
，并通过测量作为波长的函数的透射光LB2的强度I
LB2
，来测量样品GAS1的光谱透射率函数I
LB2
(λ)/I0(λ)。样品GAS1的吸收光谱SPEC1可以由测量到的光谱透射率I
LB2
(λ)/I0(λ)确定。单元中所包含的样品可能会使与样品的吸收峰对应的特定波长的透射光衰减。执行该直接吸收光谱法可以包括测量在一个或更多个光谱位置(波长)处的透射光的光谱强度，并通过将测量到的光谱强度值与参考值进行比较来确定样品的一种或更多种特性。执行直接吸收光谱法可以包括测量在一个或更多个光谱位置(波长)处的透射光的光谱强度，并通过将测量到的光谱强度值与参考光谱进行比较来确定样品的一种或更多种特性。可以例如通过用参考气体填充样品单元200，并通过使用用于测量参考气体的光谱透射率的测量设备来获得参考气体的参考光谱。例如，在预定波长处，透射光LB2的光谱强度I
LB2
与参考值I0的比率(I
LB2
/I0)可能取决于样品的气态成分的浓度。因此，可以通过测量在一个或更多个光谱位置处的透射光的光谱强度I
LB2
，并通过根据测量到的光谱强度I
LB2
和根据参考值I0计算气态成分的浓度，来确定气态成分的浓度。参考值I0可以是例如透射光LB2的光谱强度的最大值。
[0004]样品单元通常包括光学窗口WIN1、WIN2，以将样品气体限制在单元的内部空间，并限定吸收路径的长度。一部分透射光可以在窗口WIN1、WIN2的表面之间来回反射。样品单元的窗口可能一起作为干涉仪进行操作，这可能会造成干扰干涉效应。原则上，任何一对光学表面都可以作为光学干涉仪或弱光学干涉仪进行操作。
[0005]图1b以示例的方式示出了在单元为空且照明光束是准直的相干激光束的情况下，透射通过常规样品单元的光LB2的测量到的光谱强度I
LB2
。图1a的测量到的强度I
LB2
已通过除以参考值I0进行归一化。
[0006]测量到的信号I
LB2
的一大部分波动可能是由干涉条纹引起的。常规单元的一对光学接口可能会造成干扰干涉效应。特别地，常规单元的窗口的干涉效应可能使对样品气体的微弱吸收进行检测变得困难或不可能。此外，检测到的光谱透射率和从检测到的光谱透射率得出的结果可能由于干涉响应的变化而易于漂移。
[0007]单元的干涉效应可能对单元的光谱透射率I
LB2
(λ)/I0造成多个光谱特征。曲线
CRV0以示例的方式示出了常规单元的光谱透射率I
LB2
(λ)/I0(λ)。在单元的内部的气体不吸收光的情况下，单元的干涉效应也可能对单元的光谱透射率I
LB2
(λ)/I0造成多个光谱特征。例如，单元的干涉效应可能会对单元的光谱透射率I
LB2
(λ)/I0造成多个光谱干涉峰
……
、PF
k
‑1、PF
k
、PF
k+1
、PF
k+2
、
……
。光谱特征PF
k
‑1、PF
k
、PF
k+1
、PF
k+2
、
……
的光谱位置可能由于例如单元的工作温度的变化而漂移。符号Δλ
drift
可以表示单元的光谱透射率I
LB2
(λ)/I0的光谱特征的光谱漂移。
[0008]当使用常规样品单元时，光学干涉特征PF
k
‑1、PF
k
、PF
k+1
、PF
k+2
通常由于激光辐射的相干性质而存在。在具有相干照明的常规单元的情况下，检测到的光谱强度I
LB2
的周期性波动可能过于稳定而无法平均化，而检测到的光谱强度I
LB2
的周期性波动通常不足以稳定到防止测量结果在较长的时间周期内漂移，例如在几分钟的时间周期内漂移。

技术实现思路

[0009]所述一些变化可能涉及用于分析气态样品的组成的方法。一些变化可能涉及用于分析气态样品的组成的装置。一些变化可能涉及用于分析从处理系统获得的气态样品的组成的装置。一些变化可能涉及用于检测处理系统的操作的方法。一些变化可能涉及用于分析呼吸空气样品的组成的方法。一些变化可能涉及用于分析呼吸空气样品的组成的装置。
[0010]根据一方面，提供了一种用于对气态样品(GAS1)的光谱(SPEC1)进行测量的测量装置(500)，该装置(500)包括：
[0011]‑
可调谐激光光源(LS1)，用于提供照明光束(LB0)，
[0012]‑
用于容纳气态样品(GAS1)的样品单元(200)，该单元(200)包括内表面(SRF1)以通过对照明光束(LB0)的光进行反射来提供加扰光(LB1)，使得加扰光被透射通过气态样品(GAS1)，
[0013]‑
检测器(DET1)，用于检测被引导通过样品单元(200)的透射加扰光(LB2)的强度(I
LB2
)，和
[0014]‑
压力控制系统(VAC1)，用于使在样品单元(200)内的气态样品(GAS1)的绝对压力(p
GAS1
)保持小于50kPa，从而减小气态样品(GAS1)的光谱特征的光谱宽度，其中测量装置(500)被布置成：通过对照明光(LB0)的光谱位置(λ
LB0
)进行调制，和通过对透射光(LB2)在照明光(LB0)的两个或更多个不同的光谱位置(λ0，λ
P1
)处的强度(I
LB2
)进行检测，测量样品(GAS1)的一个或更多个光谱透射率值(I
LB2
(λ)/I0(λ))，其中，内表面(SRF1)的纵向尺寸(L
SRF1
)在内表面(SRF1)的最小直径(d
SRF1
)的10倍至100倍的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对气态样品(GAS1)的光谱(SPEC1)进行测量的测量装置(500)，所述装置(500)包括：
‑
可调谐激光光源(LS1)，所述可调谐激光光源(LS1)用于提供照明光束(LB0)，
‑
用于容纳所述气态样品(GAS1)的样品单元(200)，所述单元(200)包括内表面(SRF1)以通过对所述照明光束(LB0)的光进行反射来提供加扰光(LB1)，使得所述加扰光透射通过所述气态样品(GAS1)，
‑
检测器(DET1)，所述检测器(DET1)用于检测被引导通过所述样品单元(200)的透射加扰光(LB2)的强度(I
LB2
)，和
‑
压力控制系统(VAC1)，所述压力控制系统(VAC1)用于使在所述样品单元(200)内的所述气态样品(GAS1)的绝对压力(p
GAS1
)保持小于50kPa，以便减小所述气态样品(GAS1)的光谱特征(P1)的光谱宽度(Δλ
P1
)，其中，所述测量装置(500)被布置成：通过对所述照明光(LB0)的光谱位置(λ
LB0
)进行调制以及通过对所述透射光(LB2)在所述照明光(LB0)的两个或更多个不同光谱位置(λ0，λ
P1
)处的强度(I
LB2
)进行检测，测量所述样品(GAS1)的一个或更多个光谱透射率值(I
LB2
(λ)/I0(λ))，其中，所述内表面(SRF1)的纵向尺寸(L
SRF1
)在所述内表面(SRF1)的最小直径(d
SRF1
)的10倍至100倍的范围内，并且其中，所述照明光束(LB0)的在横向方向上的发散(θ
LB0
)大于30
°
，以便引起所述加扰光(LB1)的根据所述内表面(SRF1)的多次连续反射。2.根据权利要求1所述的装置(500)，其中，所述照明光束(LB0)从激光发射器(LS1)耦合到所述样品单元(200)中，而无需在所述激光发射器(LS1)与所述样品单元(200)之间使用聚焦和/或准直光学器件(LNS1)。3.根据权利要求1或2所述的装置(500)，其中，所述照明光束(LB0)从所述激光发射器(LS1)耦合到所述样品单元(200)中，使得在所述激光发射器(LS1)与所述样品单元(200)之间的光学器件的屈光力小于50屈光度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(500)，其中，所述光源(LS1)是带间级联激光器或量子级联激光器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(500)，其中，所述装置(500)被布置成：对所述照明束(LB0)的波长(λ
LB0
)进行调...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰穆，
申请(专利权)人：芬兰国家技术研究中心股份公司，
类型：发明
国别省市：