本申請涉及激光氣體分析，尤其涉及一種長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程氣體監(jiān)測可以有效反應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)效率以及提升工業(yè)生產(chǎn)安全性，因此，高精度的氣體分析設(shè)備具有重大意義。根據(jù)beer-lamber（朗伯比爾）定律，特定氣體可以吸收特定波長的激光，且吸收強度跟激光與目標(biāo)氣體的相互作用距離（下文簡稱為光程）呈正比；tdlas（tunable?diode?laser?absorption?spectroscopy）是基于beer-lamber定律的光譜技術(shù)，主要包括激光光源、光電探測器、氣體池以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；根據(jù)beer-lamber定律，tdlas技術(shù)的檢測極限受到光程直接影響。

2、tdlas技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場最直接的應(yīng)用方法是原位安裝，即在過程氣體排放管道兩側(cè)進行開孔，激光光源與探測器對射安裝，以直接進行測量。但這種安裝方式光程受氣體管道直徑影響，無法控制光程長度，以及某些低濃度氣體受光程影響，最終導(dǎo)致無法對過程氣體進行準(zhǔn)確有效的測量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決或者部分解決上述相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本申請?zhí)峁┮环N長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的過程氣體進行長光程準(zhǔn)確有效的測量。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，包括：激光器、第一反射件、多反氣池、第二反射件、光電轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊和顯示模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊電連接所述信號處理模塊，所述信號處理模塊電連接所述顯示模塊，所述多反氣池用于對激光束進行多次反射；其中，所述激光器用于向所述第一反射件發(fā)射所述激光束，所述激光束依次經(jīng)所述第一反射件、所述多反氣池、所述第二反射件反射至所述光電轉(zhuǎn)換模塊進行電信號的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的所述電信號傳輸至所述信號處理模塊進行分析處理，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)，再將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述顯示模塊進行顯示。

4、通過采用上述技術(shù)方案，設(shè)置激光束依次經(jīng)第一反射件、多反氣池、第二反射件反射至光電轉(zhuǎn)換模塊進行電信號的轉(zhuǎn)換，以此經(jīng)多個反射件進行多次反射來增加激光束的光程極限，以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的過程氣體進行長光程準(zhǔn)確有效的測量。

5、可選的，所述多反氣池包括窗口片、第三反射件和第四反射件，所述第三反射件和所述第四反射件相對設(shè)置，所述窗口片位于所述第三反射件上方，用于供所述激光束入射和出射；其中，所述激光束先經(jīng)所述窗口片進入所述第三反射件和所述第四反射件之間進行反射，再經(jīng)所述窗口片透射至所述第二反射件。

6、通過采用上述技術(shù)方案，第三反射件和第四反射件相對設(shè)置，可使得激光束在兩者之間多次反射，以此增加激光束的光程；且入射和出射均經(jīng)窗口片，以及窗口片位于第三反射件上方也即同一側(cè)，可方便氣體測量系統(tǒng)的小型化集成。

7、可選的，所述第三反射件與第四反射件的距離為0.25?m。

8、通過采用上述技術(shù)方案，將第三反射件與第四反射件的距離設(shè)置為0.25?m，可以使得激光束在第三反射鏡、第四反射鏡之間來回反射52次，使光程從0.25?m增加至13?m，極大增加光程以及提升了氣體測量系統(tǒng)的信噪比。

9、可選的，該長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，還包括：激光驅(qū)動模塊，電連接所述激光器，用于基于驅(qū)動溫度與驅(qū)動電流來控制所述激光器的輸出波長。

10、通過采用上述技術(shù)方案，激光驅(qū)動模塊的設(shè)置可以驅(qū)動激光器發(fā)射激光束，且同時可基于驅(qū)動溫度和驅(qū)動電流來改變激光器的輸出波長。

11、可選的，所述第一反射件、所述第二反射件、所述第三反射件和所述第四反射件上均鍍設(shè)有金膜，所述金膜的厚度為100?um。

12、通過采用上述技術(shù)方案，在反射件上鍍設(shè)金膜，且金膜為100?um，可增加反射件對紅外波段激光的反射率，以盡可能的降低激光反射的能量損耗。

13、可選的，所述第三反射件和所述第四反射件上均鍍設(shè)有sio2保護膜。

14、通過采用上述技術(shù)方案，sio2保護膜的鍍設(shè)，可以避免系統(tǒng)在氣體測試過程中，腐蝕性氣體對反射件表面造成的損傷，極大的節(jié)約成本。

15、可選的，所述窗口片上鍍設(shè)有增透膜。

16、通過采用上述技術(shù)方案，增透膜的鍍設(shè)可以降低激光透過窗口片時產(chǎn)生的能量損耗。

17、可選的，所述窗口片的兩側(cè)光學(xué)面上具有0.5°的楔角。

18、通過采用上述技術(shù)方案，0.5°的楔角可以減少激光在窗口片兩側(cè)光學(xué)面之間產(chǎn)生的干涉噪聲。

19、綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

20、1.設(shè)置激光束依次經(jīng)第一反射件、多反氣池、第二反射件反射至光電轉(zhuǎn)換模塊進行電信號的轉(zhuǎn)換，以此經(jīng)多個反射件進行多次反射可增加激光束的光程極限，以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的過程氣體進行長光程準(zhǔn)確有效的測量；

21、2.第三反射件和第四反射件相對設(shè)置，可使得激光束在兩者之間多次反射，以此增加激光束的光程；且入射和出射均經(jīng)窗口片，以及窗口片位于第三反射件上方也即同一側(cè)，可方便氣體測量系統(tǒng)的小型化集成。

22、3.將第三反射件與第四反射件的距離設(shè)置為0.25?m，可以使得激光束在第三反射鏡、第四反射鏡之間來回反射52次，使光程從0.25?m增加至13?m，極大增加光程以及提升了氣體測量系統(tǒng)的信噪比。

技術(shù)特征：

1.一種長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：激光器（20）、第一反射件（30）、多反氣池（40）、第二反射件（50）、光電轉(zhuǎn)換模塊（60）、信號處理模塊（70）和顯示模塊（80），所述光電轉(zhuǎn)換模塊（60）電連接所述信號處理模塊（70），所述信號處理模塊（70）電連接所述顯示模塊（80），所述多反氣池（40）用于對激光束進行多次反射；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，所述多反氣池（40）包括窗口片（41）、第三反射件（42）和第四反射件（43），所述第三反射件（42）和所述第四反射件（43）相對設(shè)置，所述窗口片（41）位于所述第三反射件（42）上方，用于供所述激光束入射和出射；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第三反射件（42）與第四反射件（43）的距離為0.25?m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一反射件（30）、所述第二反射件（50）、所述第三反射件（42）和所述第四反射件（43）上均鍍設(shè)有金膜，所述金膜的厚度為100?um。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第三反射件（42）和所述第四反射件（43）上均鍍設(shè)有sio2保護膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，所述窗口片（41）上鍍設(shè)有增透膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)，其特征在于，所述窗口片（41）的兩側(cè)光學(xué)面上具有0.5°楔角。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及激光氣體分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種長光程低探測極限的氣體測量系統(tǒng)。該氣體測量系統(tǒng)，包括：激光器、第一反射件、多反氣池、第二反射件、光電轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊和顯示模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊電連接信號處理模塊，信號處理模塊電連接顯示模塊，多反氣池用于對激光束進行多次反射；其中，激光器用于向第一反射件發(fā)射激光束，激光束依次經(jīng)第一反射件、多反氣池、第二反射件反射至光電轉(zhuǎn)換模塊進行電信號的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的電信號傳輸至信號處理模塊進行分析處理，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)，再將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示模塊進行顯示。本申請能夠?qū)崿F(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的過程氣體進行長光程準(zhǔn)確有效的測量。

技術(shù)研發(fā)人員：龍威,王曜
受保護的技術(shù)使用者：一念傳感科技（深圳）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240708
技術(shù)公布日：2025/5/8