较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1.一种红外气体分析设备，包括红外光源、对所述红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的所述红外光源所发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收所述红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从所述参考气室或所述吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与所述探测装置相连并将所述电信号输出的外接电路，其特征在于: 所述探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，由其探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述红外光束，并得出相应的电信号。
2.根据权利要求1所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述光电导红外传感器件由单层石墨烯和所述单层石墨烯上的量子点膜构成。
3.根据权利要求1所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光；所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号。
4.根据权利要求3所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源采用量子点光电二极管发出单色窄带红外光。
5.根据权利要求4所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源采用分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管，由石墨烯和量子点构成的所述光电导红外传感器件中采用分别具有不同吸收波长的量子点材料；所述光电导红外传感器件中所采用的量子点材料与所述多个光电二极管中所采用的量子点材料分别一一对应相同。
6.根据权利要求5所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源还包括可转动窄带光源板，所述分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管位于所述可转动窄带光源板上。
7.根据权利要求3所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源采用广谱光源经单色窄带滤光片后得到单色窄带红外光。
8.根据权利要求7所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述窄带红外光源由广谱光源和可转动的滤光板构成，所述滤光板包括分别具有不同波长的多个所述单色窄带滤光片。
9.根据权利要求3-8任意一项所述的红外气体分析设备，其特征在于，所述待测气体为一种或多种，所述单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的红外特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分红外特征吸收波长。
10.一种采用权利要求1所述的红外气体分析设备进行的气体分析方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤01:向所述吸收气室充入待测气体； 步骤02:选择红外光源，所选择的红外光源发出红外光；所述红外光的波长范围内含有所述待测气体的特征吸收波长； 步骤03:所述调制装置对所述红外光进行调制，并经所述分光装置将所述红外光分成两束等光通量的红外光束； 步骤04:两束所述红外光束分别进入所述参考气室和所述吸收气室； 步骤05:所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件分别对从所述参考气室和所述吸收气室出来的光束进行探测并输出相应的电信号； 步骤06:所述外接电路将所述电信号输出，从而得到所述待测气体的分析结果。
11.根据权利要求10所述的红外气体分析设备进行的气体分析方法，其特征在于，所述红外光源为窄带红外光源，用于发出单色窄带红外光； 所述步骤02具体包括:选择窄带红外光源，所选择的窄带红外光源发出单色窄带红外光，该单色窄带红外光波长的峰位与所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且该单色窄带红外光波长范围内仅含有所述待测气体的部分特征吸收波长； 所述步骤03具体包括:所述调制装置对所述单色窄带红外光进行调制，并经所述分光装置将所述单色窄带红外光分成两束等光通量的单色窄带红外光束； 所述步骤04具体包括:两束所述单色窄带红外光束分别进入所述参考气室和所述吸收气室； 所述步骤05具体包括:所述由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件探测从所述参考气室或所述吸收气室出来的所述单色窄带红外光束，并得出相应的电信号。
12.根据权利要求11所述的红外气体分析设备进行的气体分析方法，其特征在于，所述待测气体为多种；所述窄带红外光源由可转动窄带光源板构成，所述分别具有不同量子点材料的多个所述光电二极管位于所述可转动窄带光源板上； 所述步骤02包括:首先，设定窄带光源板旋转后的停止时段；然后，转动所述窄带光源板，使所述窄带光源板上的其中一个光电二极管对准所述调制装置，所述窄带光源板在所述停止时段内保持静止；其中，所述其中一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述其中一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分特征吸收波长； 所述步骤06之后，还包括: 步骤07:当所设定的窄带光源板旋转后的停止时段结束后，继续转动所述窄带光源板，使所述窄带光源板上的另一个光电二极管对准所述调制装置，所述窄带光源板继续在所述停止时段内保持静止；其中，所述另一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长的峰位与另一种所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且所述另一个光电二极管所发出的单色窄带红外光波长范围内仅含有另一种所述待测气体的部分特征吸收波长； 步骤08:重复所述步骤03-07，直至将所要探测的所述待测气体都探测完毕； 步骤09:重复上述步骤01-08，对所探测到的数据进行实时跟踪。
13.根据权利要求11所述的红外气体分析设备进行的气体分析方法，其特征在于，所述待测气体为多种；所述窄带红外光源由广谱光源和可转动的滤光板构成，所述滤光板包括所述具有不同波长的多个所述单色窄带滤光片； 所述步骤02包括:首先，设定所述滤光板旋转后的停止时段；然后，转动所述滤光板，使所述滤光板上的其中一个单色窄带滤光片对准所述调制装置，所述滤光板在所述停止时段内保持静止；其中，经所述其中一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长的峰位与一种所述待测气体的特征吸收波长的峰位相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且经所述其中一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长范围内仅含有一种所述待测气体的部分特征吸收波长； 所述步骤06之后，还包括: 步骤07:当所设定的滤光板旋转后的停止时段结束后，继续转动所述滤光板，使所述滤光板上的另一个单色窄带滤光片对准所述调制装置，所述滤光板继续在所述停止时段内保持静止；其中，经所述另一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长的峰值与另一种所述待测气体的特征吸收波长的峰值相同或二者的偏差范围不大于±50nm，并且经所述另一个单色窄带滤光片后得到的单色窄带红外光波长范围内仅含有另一种所述待测气体的部分特征吸收波长； 步骤08:重复所述步骤03-07，直至将所要探测的所有所述待测气体都探测完毕； 步骤09:重复上述步骤01-08，对所探测到的数据进行实时跟踪。
【专利摘要】本发明提供了红外气体分析设备及其分析方法，包括红外光源、对红外光源所发出的光进行调制的调制装置，将调制后的红外光源发出的光分成两个光束的分光装置，不吸收红外光源发出的光束的参考气室、只充入待测气体的吸收气室、对从参考气室或吸收气室出来的光束进行探测并得出相应电信号的探测装置、以及与探测装置相连并将电信号输出的外接电路，探测装置为由石墨烯和量子点构成的光电导红外传感器件，其探测从参考气室或吸收气室出来的红外光束，并得出相应的电信号。从而提高了测量分析的灵敏度、缩短了响应时间以及提高了测量精度；并且为设备的微型化、便携化提供了有利条件。
【IPC分类】G01N21-3504
【公开号】CN104614338
【申请号】CN201510090018
【发明人】尚恩明, 胡少坚, 陈寿面
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月27日