专利名称：气体的光电测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及气体的光电测量，特别涉及复杂背景下微量气体测量的光电测量装置及方法。
背景技术：
在流程工业领域，普遍存在微量气体浓度的测量需要，比如天然气中测量微量的 H2S气体，由于其浓度小，传统红外分析仪表、普通单光程激光气体分析仪表等都无法达到测量精度并实现在线连续测量。基于高精细度腔的激光气体分析技术可以达到测量说要求的探测下限，但是受限于以下因素，导致该技术很难在类似环境中得到应用1.在复杂的过程气体中，高浓度的背景气体在被测气体吸收波段存在很强的广谱光谱吸收，而且相比之下微量被测气体的特征吸收强度非常微弱。将叠加在强背景吸收信号上的微弱被测吸收信号分离并放大分析，测量精度很差。高浓度背景气体气体浓度的细微变化就会影响被测气体的测量准确性。比如使用基于高精细腔技术的腔衰荡光谱技术 (CRDs)由于背景气体的光谱吸收较强，衰荡时间短，测量精度降低，无法从中分离出微量被测气体的衰荡时间。2.对基于高精细度腔的积分腔光谱技术(ICOS)，通过调制吸收技术可以得到背景吸收中的微弱气体吸收，但是如果高浓度背景气体的吸收大，导致激光束在腔内的损耗增大，显著地减少来回反射的次数，从而影响被测气体吸收的有效光程。在实际测量过程中，背景气体组分在不停地变化，被测气体吸收的信号也会随之发生变化，引起显著地测量误差。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供一种测量精度高、能测量复杂背景下的微量气体的光电测量装置，还提供了一种测量精度高、能测量复杂背景气体含量变化下的微量气体的光电测量方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的气体的光电测量装置，所述测量装置包括光源，所述光源用于发出测量光，所述测量光包含对应于被测气体吸收谱线的光；开关模块，所述开关模块用于控制是否有测量光进入谐振腔；谐振腔，所述谐振腔包括第一高反射率腔镜和第二高反射率腔镜，所述谐振腔用于容纳待测气体且使所述测量光进入并在所述第一高反镜和第二高反镜之间来回反射；当光在谐振器内反射过程中，会从腔镜透射出微弱的光束；探测模块，所述探测模块用于在所述开关模块为开状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析单元，以及在所述开关模块为关状态时将接收到的从所述谐振腔透射出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；
补偿模块，所述补偿模块用于根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间τ，从而补偿所述测量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Lrff传送到分析单元；分析单元，所述分析单元用于利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Lrff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。根据上述的测量装置，可选地，所述开关模块控制所述光源是否发出测量光，或设置在所述测量光的光路上。根据上述的测量装置，优选地，根据所述测量装置的可接受范围而设置所述阈值。根据上述的测量装置，可选地，利用所述衰荡时间τ补偿所述光程L的方式为
权利要求
1.气体的光电测量装置，其特征在于所述测量装置包括光源，所述光源用于发出测量光，所述测量光包含对应于被测气体吸收谱线的波长； 开关模块，所述开关模块用于控制是否有测量光进入谐振腔； 谐振腔，所述谐振腔包括第一高反镜和第二高反镜，所述谐振腔用于容纳被测气体且使所述测量光进入并在所述第一高反镜和第二高反镜之间来回反射；探测模块，所述探测模块用于在所述开关模块为开状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析单元，以及在所述开关模块为关状态时将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；补偿模块，所述补偿模块用于根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间τ，从而补偿所述测量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Lrff传送到分析单元；分析单元，所述分析单元用于利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Lrff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述开关模块控制所述光源是否发出测量光，或设置在所述测量光的光路上。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述光源是激光器。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述探测模块包括第一探测模块和第二探测模块，分别用于输出所述第一电信号和第二电信号。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于所述第一电信号是调制吸收信号。
6.气体的光电测量方法，所述测量方法包括以下步骤(Al)光源发出的测量光进入谐振腔内，所述谐振腔由第一高反镜、第二高反镜组成，所述测量光在所述第一高反镜和第二高反镜间来回反射，所述测量光中对应于被测气体的吸收谱线的光由于被被测气体吸收而衰减；(Α2)探测模块将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析单元；(A3)不再有测量光进入所述谐振腔，所述探测模块将接收到的从所述谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；(Α4)补偿模块根据接收到的所述第二电信号得出衰荡时间τ，从而补偿所述测量光在所述谐振腔内的光程，进而将补偿后的有效光程Lrff传送到分析单元；(Α5)分析单元利用光谱技术分析接收到的所述第一电信号以及有效光程Lrff，从而获知所述谐振腔内被测气体的含量。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于在所述步骤(Α4)中，通过以下方式使不再有测量光进入所述谐振腔关闭所述光源或在所述测量光的光路上设置阻挡物。
8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于在所述步骤(Α5)中，利用所述衰荡时间τ补偿所述光程的方式为
9.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述探测模块包括第一探测模块和第二探测模块，分别用于输出所述第一电信号和第二电信号。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于所述第一电信号是调制吸收信号。
全文摘要
本发明提供了气体的光电测量方法，包括以下步骤(A1)光源发出的测量光进入谐振腔内，在第一高反镜和第二高反镜间来回反射，测量光被被测气体吸收而衰减；(A2)探测模块将接收到的从谐振腔出射的光强转换为第一电信号，并传送到分析单元；(A3)快速关断进入谐振腔的测量光，探测模块将接收到的从谐振腔出射的光强转换为第二电信号，并传送到补偿模块；(A4)补偿模块根据接收到的第二电信号得出衰荡时间τ，从而补偿测量光在谐振腔内的光程，进而将补偿后的光程Leff传送到分析单元；(A5)分析单元利用光谱技术分析接收到的第一电信号以及光程Leff，从而获知被测气体的含量。本发明具有测量精度高、可用于复杂背景下微量气体的测量等优点。
文档编号G01N21/27GK102564969SQ20111046171
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者俞大海, 章瑜 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司