CN206515235U - 一种量子级联激光器的红外长光程气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于环境监测技术领域，公开了一种量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，设置有：光路准直***；光路准直***连接量子级联激光器，量子级联激光器连接电流控制***；电流控制***连接脉冲调制模块；前置放大电路连接红外探测器，前置放大电路连接主控制板；主控制板连接显示单元，主控制板连接传输单元。本实用新型不需要采用分光器件，通过连续调谐激光波长，可以从光电检测器直接获得吸收光谱；用很窄的激光谱线可分辨很小的光谱间隔，从而大大的提高分辨率；量子级联激光器的单色性好和准制度高的优点，使用长光程气体吸收检测技术，从而增大气体的有效吸收光程，提高检测灵敏度，实现超低浓度的气体检测。
Description
技术领域
本实用新型属于环境监测技术领域，尤其涉及一种量子级联激光器的红外长光程气体检测装置。
背景技术
近年来，随着人们对大气环境污染越来越关注，人们对曾经因为大气环境带来的恶劣的后果的事件记忆犹新。人们对环保意识的增强，使得环境监测，特别是空气质量监测越来越被人们所听到，渐渐的也被全民关注和参与，而不仅仅是科研工作者们的科学活动，环境的状况，包括空气质量的好坏也是评价投资环境的一个重要的因素，一方面，空气质量监测的结果，可以作为依据对各种工业生产活动的环境效应作出评价，并为环境执法提供了执法依据；另一方面，人们对于知情自身生活区域的环境状况的强烈要求，使空气质量预报逐渐成为空气质量监测的一个重要的目的。空气污染对人类的生活、生产以及对自然界的损害也是十分的严重的，因而进行大气污染物的监测、控制与治理具有重要的现实意义。我国的人口众多，人均资源有限，工业化、城市化起步较晚。目前环境压力很大，尤其区域环境以城市为中心的大气污染较为严重。目前国内对大七中有害成分的监测主要采用电化学分析法，效率低、时间分辨率差，无法进行在线监测；也有部分的高校、科研院所及厂家采用光学的办法对空气质量监测的成分进行监测的研究，但是都处于研究阶段，没有实现产业化。被列入我国空气质量周报首选监测对象的五大污染源(即可吸入悬浮物PM10、SO2、NOx、CO和O3)的在线监测仪器目前主要依赖于国外进口，而这类仪器都采用光化学手段的干式监测仪器。从监测技术的发展趋势来看，光学及光谱学技术是最新的一代监测技术。我国的环境污染日益严重，监测技术落后，设备老化。鉴于这种现状，国家在“十二五”以及“十三五”期间将加大在环境监测领域的投资，这对于监测技术的发展有很大的推动作用。
随着光电检测技术及光谱分析技术的发展，各大高校、科研院所以及公司相继开展了一系列的基于光电检测和光谱分析技术在大气环境污染如SO2、NOx气体检测的应用研究。气体检测技术与装备是工业过程控制、环境监测、国家安全等领域必备的重要检测手段，特别是在大气环境污染气体检测中，常见的污染气体种类较多，且浓度通常在ppm或ppb量级等问题，迫切需求具有多参数、高灵敏度、实时在线快速连续检测的方法与装备。虽然电化学气体检测技术成熟、性能稳定，但是大多数需要人工采样，并需要对样品进行预处理，在检测过程中易受气体压力、流速的影响，使检测结果中灵敏度和分辨率偏低；而基于LED、白炽灯光源和传统半导体激光器的光谱分析检测技术，虽然在便携性、抗干扰性、检测灵敏度和分辨率等方面有所提高，但是在气体检测需求层面，普遍存在发射功率较低、线宽较宽、且为多纵模输出等问题。
综上所述，现有技术存在的问题是：要实现对低浓度气体进行高精度、高分辨率检测，气体光谱检测领域需要针对目前存在的两个显著的问题进行解决：一是检测光源的问题，二是检测技术的问题；早期采用的光源如白炽灯、LED灯等虽然在***的成本上有一定的优势，但是普遍存在发射功率较低、线宽较宽、且为多纵模输出等问题；目前的气体光谱检测技术灵敏度和分辨率不高，使超低浓度的气体的检测存在一定的难题。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种量子级联激光器的红外长光程气体检测装置。
本实用新型是这样实现的，一种量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，所述量子级联激光器的红外长光程气体检测装置设置有：
光路准直***，用于对量子级联激光器的输出光进行准直后进入长光程气体吸收池，从而提高光通量；
所述光路准直***连接量子级联激光器，量子级联激光器连接电流控制***，电流驱动信号通过电流控制***对量子级联激光器的注入电流进行驱动；
所述电流控制***连接脉冲调制模块，脉冲调制模块产生的脉冲调制信号作为电流的驱动信号；
前置放大将电路连接红外探测器，红外探测器从长光程气体吸收池的输出端输出的信号接收到以后将信号数据采集单元转化为电信号传输到主控制板，前置放大电路连接主控制板；
所述主控制板连接显示单元，主控制板将前置电路传输过来的信号进行处理，并通过算法进行运算得到所需的待测气体的浓度进行显示，主控制板连接传输单元。
进一步，第一温度控制***连接电流控制***，通过电流控制***对量子级联激光器进行很稳控制，从而得到量子级联激光器的稳定功率输出。
进一步，抽气泵连接流量器，抽气泵连接电磁阀，清洗泵连接流量器，电磁阀与进气口连接。
进一步，温度传感器和加热带与第二温度控制***连接。
进一步，抽气泵为样品气的入口；清洗泵与零气发生器连接。
本实用新型的优点及积极效果为：基于量子级联激光器的红外长光程气体检测装置将气体光谱检测技术与激光光源尤其是量子级联激光器相结合，并结合长光程气体吸收池技术，表现出相比非光谱分析类气体检测技术更具优势的方面：
1、量子级联激光器的线宽很窄(10-5-10-8cm-1)，可以获得原子、分子谱线中的精细结构，基于量子级联激光器的光谱检测技术的分辨率高于传统的光谱检测方法，而且检测中不需要采用分光器件，通过连续调谐激光波长，就可以从光电检测器直接获得吸收光谱。
2、可以获得比传统光谱技术高很多的灵敏度；高灵敏度的获得与激光光源的光功率密度、***分辨率等有关。在量子级联激光器的光谱功率密度很高的情况下，探测器本身的噪声可忽略不计，为获得高灵敏度奠定了基础；***分辨率与激光器线宽密切相关，用很窄的激光谱线可分辨很小的光谱间隔，从而大大的提高分辨率。
3、结合长光程气体检测技术，更进一步的提高灵敏度，满足超低浓度的气体检测；由于量子级联激光器的单色性好和准制度高的优点，使用长光程气体吸收检测技术，从而增大气体的有效吸收光程，提高检测灵敏度，实现从传统的检测限的ppm量级提升到ppb量级的超低浓度的气体检测。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的量子级联激光器的红外长光程气体检测装置结构示意图；
图中：1、长光程气体吸收池；2、光路准直***；3、量子级联激光器；4、第一温度控制***；5、电流控制***；6、脉冲调制模块；7、流量器；8、抽气泵；9、电磁阀；10、清洗泵；11、流量器；12、加热带；13、第二温度控制***；14、显示单元；15、主控制板；16、传输单元；17、前置放大电路；18、红外探测器；19、温度传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的量子级联激光器的红外长光程气体检测装置包括：长光程气体吸收池1、光路准直***2、量子级联激光器3、第一温度控制***4、电流控制***5、脉冲调制模块6、流量器7、抽气泵8、电磁阀9、清洗泵10、流量器11、加热带12、第二温度控制***13、显示单元14、主控制板15、传输单元16、前置放大电路17、红外探测器18、温度传感器19。
光路准直***2连接量子级联激光器3，量子级联激光器3连接电流控制***5，第一温度控制***4连接电流控制***5，电流控制***5连接脉冲调制模块6，抽气泵8连接流量器7，抽气泵8连接电磁阀9，清洗泵10连接流量器11，电磁阀9与进气口连接；第一温度控制***4连接电流控制***5。
前置放大电路17连接红外探测器18，前置放大电路17连接主控制板15，主控制板15连接显示单元14，主控制板15连接传输单元16，温度传感器19和加热带12与第二温度控制***13连接。
抽气泵8为样品气的入口；清洗泵10与零气发生器连接。
光路准直***2，用于对量子级联激光器的输出光进行准直后进入长光程气体吸收池1，从而提高光通量。
本实用新型的工作原理：
温度控制***以及脉冲调制模块通过对电流控制***进行控制，使量子级联激光器输出特定波长的红外光，红外光通过光路准直***进行准直，准直光进入气体池以后由凹面反射***进行多次反射实现长光程，输出光输出气体池后由红外探测器进行探测，后端的前置放大电路进行信号放大并处理后输出到主控制板，由主控制板进行显示控制和传输控制；样品气由抽气泵抽气并经过流量器进行限流到电磁阀进行控制后由进气口进入到气体池；当需要对气体池进行清洗时，电磁阀控制关闭样品气端，打开清洗端，由零气发生器的气体进入到气体池进行清洗；温度控制部分通过对气体池的温度进行实时监测，并由加热带进行加热，由温度控制***进行恒温控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，其特征在于，所述量子级联激光器的红外长光程气体检测装置设置有：
光路准直***；
所述光路准直***连接量子级联激光器，量子级联激光器连接电流控制***；
所述电流控制***连接脉冲调制模块；
前置放大电路连接红外探测器，前置放大电路连接主控制板；
所述主控制板连接显示单元，主控制板连接传输单元。
2.如权利要求1所述的量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，其特征在于，第一温度控制***连接电流控制***。
3.如权利要求1所述的量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，其特征在于，抽气泵连接流量器，抽气泵连接电磁阀，清洗泵连接流量器，电磁阀与进气口连接。
4.如权利要求1所述的量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，其特征在于，温度传感器和加热带与第二温度控制***连接。
5.如权利要求1所述的量子级联激光器的红外长光程气体检测装置，其特征在于，抽气泵为样品气的入口；清洗泵与零气发生器连接。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111896492A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-06 | 山东师范大学 | 一种基于量子级联激光器的长光程气体检测***和方法 |
| CN114839154A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-02 | 杭州电子科技大学平湖数字技术创新研究院有限公司 | 一种用于检测硫化氢气体的装置及方法 |
| WO2023207225A1 (zh) * | 2022-04-24 | 2023-11-02 | 贵州电网有限责任公司 | 一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法 |
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2017
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| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Junlong Inventor after: Wu Kedi Inventor after: Ye Bing Inventor after: Liu Wenchao Inventor after: Zheng Changjun Inventor after: He Gang Inventor before: Zhang Junlong Inventor before: Wu Kedi Inventor before: Li Youjian Inventor before: She Mingjun Inventor before: Ye Bing Inventor before: Mao Xuebin Inventor before: Liu Wenchao Inventor before: Zheng Changjun Inventor before: He Gang |