基于傅里叶光谱仪窄带光源气体浓度探测装置及测量方法

1.本发明涉及气敏传感器领域，涉及红外气体传感探测装置及其探测方法，尤其涉及一种无接触，高灵敏度的气体浓度探测。


背景技术：

2.气体浓度探测在人们生活与工业生产中扮演着至关重要的角色。常用的气体浓度检测方法有半导体式传感器、催化燃烧式传感器、电化学式传感器等，但这些测试方法都需要待测仪器与传感器接触甚至发生化学反应进而探测气体浓度，这样势必会存在待测气体泄漏的危险，同时导致传感器寿命不长。红外线式传感器的出现解决了被测气体与传感器接触的问题，可以通过测量穿过待测气体的光强衰减进一步计算出气体的浓度，但该方法现有的探测器所用的光源通常为宽带光源，由于通常气体的消光系数较小，并且气体分子的吸收峰带宽较窄，导致该方法测量的灵敏度较小。因此研制非接触式高灵敏度气体探测装置成为气体探测领域的研究热点。针对上述传统气体探测存在的问题，本发明公开了基于傅里叶仪窄带辐射源的气体浓度探测装置及其测量方法，该装置具有非接触、灵敏度高的特点。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种基于傅里叶光谱仪窄带光源气体浓度探测装置及测量方法，结构示意图如图1所示。包括窄带光源1、傅里叶光谱仪2、气体仓3、探测器4。
4.本发明的目的是提供无接触式高灵敏度的气体浓度探测装置及其测量方法，该方法弥补了化学方法探测寿命短、价格高、易损坏的不足，以及红外线式测量方法灵敏度低的问题，实现了无接触式高灵敏度的气体浓度探测。
5.本发明的目的一为气体浓度探测为非接触式的红外线式传感器。
6.本发明的目的二为高灵敏度的气体浓度探测，比宽带红外线式灵敏度高10倍以上。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.1.基于傅里叶光谱仪窄带光源气体浓度探测装置，包括：窄带辐射源1、傅里叶光谱仪2、气体仓3、探测器4。
9.2.基于傅里叶光谱仪窄带光源气体浓度探测装置特征在于：a)窄带辐射光源通过加热窄带辐射器发出窄带光，或者由宽带光源通过窄带滤波片获得窄带光源；b)气体仓中加入待测气体，气体仓密闭，体积固定；c)傅里叶光谱仪可用外接光源。
10.3.所属气体浓度探测装置光源是窄带，并且窄带峰与待测气体吸收峰相同。
11.4.所属气体浓度探测装置气体仓密闭，气体仓体积v固定。
12.5.所属气体浓度探测装置及其测量方法包括以下步骤：
13.步骤1：光源发射峰与被测气体吸收峰相同；
14.步骤2：气体浓度标定，气体仓中充入空气，通过傅里叶光谱仪探测透射光谱，光源
发射峰位光强为i0，通入气体浓度c1，测量透射光谱，发射峰位光强i1……in
，n通常取到发射峰强度不再降低为止；
15.步骤3：以气体浓度c为x轴，灵敏度s：s＝(i
0-in)/i0为y轴绘制气体浓度对应图。
16.步骤4：测量气体的浓度，气体仓中充入空气，通过傅里叶光谱仪探测透射光谱，光源发射峰位光强为i0，充入v
x
量的待测气体v
x
《《v，测量发光峰位光强i
x
，(i
0-in)/i0在浓度图中找对应的气体浓度ca，进一步计算充入气体的浓度c
x
＝ca(v/v
x
)。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.1.本发明的气体浓度探测装置，弥补了化学方法探测寿命短、价格高、易损坏的不足，为红外线式传感测量。
19.2.本发明的气体浓度探测装置弥补红外线式测量方法灵敏度低的问题，实现了无接触式高灵敏度的气体浓度探测，比宽带红外线式灵敏度高10倍以上。
附图说明
20.图1为本发明一种基于傅里叶光谱仪窄带红外辐射源的气体浓度探测装置；
21.附图标记：
22.1-窄带辐射源、2-傅里叶光谱仪、3-气体仓、4-探测器。
23.图2为本发明一种基于傅里叶光谱仪窄带红外辐射源的气体浓度探测装置测试的甲醛灵敏度与以黑体为光源测试的甲醛灵敏度；
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
25.如图1所示，一种基于傅里叶光谱仪窄带红外辐射源的气体浓度探测装置示意图：
26.包括：窄带辐射源1、傅里叶光谱仪2、气体仓3、探测器4。其特征在于：a)窄带辐射光源通过加热窄带辐射器发出窄带光，或者由宽带光源通过窄带滤波片获得窄带光源；b)气体仓中加入待测气体，气体仓密闭，体积固定；c)傅里叶光谱仪可用外接光源。
27.所属气体浓度探测装置测试包括以下步骤：
28.步骤1：光源发射峰与被测气体吸收峰相同；
29.步骤2：气体浓度标定，气体仓中充入空气，通过傅里叶光谱仪探测透射光谱，光源发射峰位光强为i0，通入气体浓度c1，测量透射光谱，发射峰位光强i1……in
，n通常取到发射峰强度不再降低为止；
30.步骤3：以气体浓度c为x轴，灵敏度s：s＝(i
0-in)/i0为y轴绘制气体浓度对应图。
31.步骤4：测量气体的浓度，气体仓中充入空气，通过傅里叶光谱仪探测透射光谱，光源发射峰位光强为i0，充入v
x
量的待测气体v
x
《《v，测量发光峰位光强i
x
，(i
0-in)/i0在浓度图中找对应的气体浓度ca，进一步计算充入气体的浓度c
x
＝ca(v/v
x
)。
32.实施例一
33.基于傅里叶光谱仪窄带光源气体浓度探测装置及测量方法包括以下步骤：
34.步骤1：选定合适的光源3.58um发射峰，甲醛分子吸收峰也为3.58um；
35.步骤2：气体浓度标定，气体仓中充入空气，通过傅里叶光谱仪探测透射光谱，光源发射峰位光强为i0，通入气体浓度c1，测量透射光谱，发射峰位光强i1……
直到发射峰强度不再降低为止；
36.步骤3：以气体浓度c为x轴，灵敏度s：s＝(i
0-in)/i0为y轴绘制气体浓度对应图，如图2黑色点线图所示。
37.步骤4：重复步骤2与步骤3，以黑体作为光源，绘制黑体灵敏度与气体浓度对应关系，如图2黑色三角线图所示。
38.步骤5：测量气体的浓度，气体仓中充入空气，通过傅里叶光谱仪探测透射光谱，光源发射峰位光强为i0，充入v
x
量的待测气体v
x
《《v，测量发光峰位光强i
x
，(i
0-in)/i0在浓度图中找对应的气体浓度ca，进一步计算充入气体的浓度c
x
＝ca(v/v
x
)。
39.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等小变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。