【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体检测，尤其涉及一种制氢过程中多组分气体检测装置。
技术介绍
1、国内氢燃料电池汽车的发展驶入快车道，2022年，国内氢燃料电池汽车产销累计完成3367辆，同比增长112.8％。氢燃料电池的快速发展，随之带来高纯氢气(纯度≥99.999％)的需求量也逐渐增加。制氢过程中，除了有氢气(h2)外还会有一些杂质如ch4、h2o、c2h2、co2等，这些杂质的存在很可能会引起各种安全事故。因此，准确监测制氢过程气体具有重要的意义。
2、目前，气体探测的主要方法主要有电化学技术、气相色谱技术、激光光谱技术等，其中电化学传感器具有耗电量低、体积小、成本低的优点，但寿命较短且受环境中非目标气体交叉干扰较大，该技术很难用于多组分气体分析；气相色谱技术具有准确度高、测量范围广的优点，但操作过程繁杂,耗时较长，难以用于现场多组分气体的快速实时监测。在诸多气体探测技术中，激光光谱技术以其各组分气体交叉影响小、响应速度快、检测准确度高等优点得到诸多科研人员的青睐，在诸多光谱分析技术中，光声光谱技术具有具有良好的选择性、快速响应、零背景检测等优点；
3、但是，光声光谱技术用于制氢过程气体分析还存在一些关键问题亟待解决：(1)探测灵敏度有待进一步提高，现有光声光谱技术难以满足痕量气体准确探测的要求；(2)光声光谱技术难以测量无吸收或吸收截面较弱的气体，如制氢过程中h2的含量，常规的吸收光谱技术不能很好实现对该气体的探测，存在改进的空间。
技术实现思路
1、本专利技术的目
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种制氢过程中多组分气体检测装置，包括激光器、激光准直器、反射镜、近共心腔镜、差分共振式光声池、第一微音器、第二微音器、扬声器、锁相放大器、信号发生器和计算机；
4、所述锁相放大器与计算机相连接，所述锁相放大器与扬声器输出端相连接，所述锁相放大器输出端与信号发生器输入端相连接，所述信号发生器的输出端与激光器的输入端相连接，所述激光器的输出端与准直器的输入端相连接，所述激光器通过频率调制和波长选择后发出激光通过准直器和反射镜进入近共心腔内进行多次反射，且反射的激光在差分共振式光声池之间；
5、所述近共心腔镜的数量为两个，且两个近共心腔镜对称置于差分共振式光声池两侧；
6、所述第一微音器和第二微音器装置于差分共振式光声池谐振腔中心位置两侧，所述扬声器安装于第一微音器和第二微音器之间，用于扬声器发出具有频率的声信号与待测气体作用，通过第一微音器和第二微音器分别跟踪两个谐振腔处的信号，并将上下谐振腔获得到的声压信号进行差分以获得更强的声压信号，且第一微音器和第二微音器的输出端与锁相放大器输入端相连接。
7、作为上述技术方案的进一步描述：
8、所述激光器通过频率调制和波长选择，且激光器为1260-1680nm。
9、作为上述技术方案的进一步描述：
10、所述近共心腔镜为高反射率凹面镜，近共心腔镜反射率＞99.99％，且两个近共心腔镜之间的位置满足近共心。
11、作为上述技术方案的进一步描述：
12、所述近共心腔镜表面镀金膜凹面反射镜，直径为12.7mm，焦距为25.4mm。
13、作为上述技术方案的进一步描述：
14、所述差分共振式光声池包括光声池体，且光声池体两侧分别设有供气体出入的出气口和进气口，所述光声池体两侧对应近共心腔镜的对应位置安装有窗片。
15、作为上述技术方案的进一步描述：
16、所述窗片为红外透过窗片。
17、作为上述技术方案的进一步描述：
18、一种制氢过程中多组分气体检测方法，具体包括以下步骤：
19、待测气体经进气口经入差分共振式光声池内；
20、通过信号发生器对激光器发出的激光进行波长选择和频率调制，经过波长选择和频率调制的激光器分别射出气体吸收峰对应的激光波长，经过准直器和反射镜，在近共心腔内进行多次反射，分别与待测气体相互作用；
21、第一微音器检测到待测气体的光声信号，与第二微音器检测的背景信号，分别经入锁相放大器进行差值，提高待测气体的光声光谱信噪比；
22、扬声器发出具有匹配频率的声信号与待测气体作用，第一微音器检测此时光声池的共振频率，并与第二微音器进行差分，两者经入锁相放大器进行处理，提高声频率跟踪技术的信噪比；
23、经过锁相放大器解调后的信号传输至计算机，计算得到待测气体的各组分浓度信息。
24、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
25、1、本专利技术中，激光器出射经过频率调制的激光经准直器、反射镜入射到近共心腔内进行多次反射，激光在多次反射过程与差分式光声池内的气体相互作用，第一微音器检测气体吸收调制光后产生的声压力波即光声信号，第二微音器检测背景信号，两者通过锁相放大可降低噪声水平，提高信号强度，可实现声频率跟踪技术对h2进行探测，经过频率调制的扬声器与待测气体进行相互作用，采用第一微音器跟踪腔内的共振频率，结合第二微音器进行差分，进而可反演计算得到h2信号强度，本专利技术通过联合光声光谱和声共振频率跟踪技术，结合差分技术、近共心腔技术，提高光声光谱和声共振频率跟踪技术的检测灵敏度，实现制氢过程多组分气体的联合探测。
26、2、本专利技术中，基于差分共振式光声池，实现光声光谱和声共振频率跟踪技术的联合探测，实现多组分气体同时检测，差分共振式光声池可以通过激光器配合、第一微音器和第二微音器实现对光声光谱探测且有差分，同时通过扬声器、第一微音器和第二微音器用于声频率跟踪且有差分，以同时实现两种技术的差分检测，增加待测气体的信号强度，降低噪声水平，进而提高两种技术的气体探测灵敏度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，包括激光器(8)、激光准直器(9)、反射镜(10)、近共心腔镜(2)、差分共振式光声池(3)、第一微音器(6)、第二微音器(7)、扬声器(11)、锁相放大器(4)、信号发生器(5)和计算机(1)；
2.根据权利要求1所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述激光器(8)通过频率调制和波长选择，且激光器(8)为1260-1680nm。
3.根据权利要求1所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述近共心腔镜(2)为高反射率凹面镜，近共心腔镜(2)反射率＞99.99％，且两个近共心腔镜(2)之间的位置满足近共心。
4.根据权利要求1所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述近共心腔镜(2)表面镀金膜凹面反射镜(10)，直径为12.7mm，焦距为25.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述差分共振式光声池(3)包括光声池体(31)，且光声池体(31)两侧分别设有供气体出入的出气口(32)和进气口(33)，
6.根据权利要求5所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述窗片(34)为红外透过窗片。
7.一种制氢过程中多组分气体检测方法，应用于权利要求1-6任意一项所述的制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，包括激光器(8)、激光准直器(9)、反射镜(10)、近共心腔镜(2)、差分共振式光声池(3)、第一微音器(6)、第二微音器(7)、扬声器(11)、锁相放大器(4)、信号发生器(5)和计算机(1)；
2.根据权利要求1所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述激光器(8)通过频率调制和波长选择，且激光器(8)为1260-1680nm。
3.根据权利要求1所述的一种制氢过程中多组分气体检测装置，其特征在于，所述近共心腔镜(2)为高反射率凹面镜，近共心腔镜(2)反射率＞99.99％，且两个近共心腔镜(2)之间的位置满足近共心。
4.根据权利要求1所述的一种制氢过程中...
【专利技术属性】
技术研发人员：司赶上，孙长伟，刘旭，王艳春，谢东亮，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。