紅外氣體分析設(shè)備及其分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外氣體分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外氣體分析設(shè)備及其分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體的分子振動具有分立的能級，如果紅外光子能量等于分子振動兩個能級差，則分子吸收這種特定頻率的光子，能級發(fā)生躍迀，振動能級能從低能級躍迀到高能級。這種被吸收光的特定波長或者特定頻率稱作是這種分子的特征吸收波長或者特征吸收頻率。氣體分子吸收波段大多處在近中紅外波段(0.75um-12um)。氣體吸收光的規(guī)律滿足朗道_比伯定律。
[0003]傳統(tǒng)的紅外氣體分析儀，常常面臨著一個嚴重的問題，就是氣體之間的串擾。也就是在探測一種氣體時，由于光源的非單色性，待測氣體A中混入的其他的氣體B也會吸收待測氣體A對應(yīng)的特定波長附近波長的紅外光。同樣，待測氣體B中的氣體A也會吸收氣體B對應(yīng)的特征波長附近波長的紅外光，這就導致測量精度不精確。
[0004]氣體分析儀中氣體經(jīng)過紅外吸收到達光電傳感器，由光電傳感器測出其濃度大小。在傳統(tǒng)的氣體分析儀中，光電傳感器反映時間長，靈敏度低，而且儀器中吸收氣室較長，以能夠有足量的光被吸收，所以體積較大，不便于攜帶。這主要是因為所用光電材料的迀移率低等因素造成的。
[0005]因此，對氣體分析儀的研宄至關(guān)重要，從而將其體積減小，同時提高探測靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種紅外氣體分析設(shè)備及其分析方法，從而提高探測靈敏度，縮小設(shè)備體積。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種紅外氣體分析設(shè)備，包括紅外光源、對所述紅外光源所發(fā)出的光進行調(diào)制的調(diào)制裝置，將調(diào)制后的所述紅外光源所發(fā)出的光分成兩個光束的分光裝置，不吸收所述紅外光源發(fā)出的光束的參考氣室、只充入待測氣體的吸收氣室、對從所述參考氣室或所述吸收氣室出來的光束進行探測并得出相應(yīng)電信號的探測裝置、以及與所述探測裝置相連并將所述電信號輸出的外接電路，其中，
[0008]所述探測裝置為由石墨烯和量子點構(gòu)成的光電導紅外傳感器件，由其探測從所述參考氣室或所述吸收氣室出來的所述紅外光束，并得出相應(yīng)的電信號。
[0009]優(yōu)選地，所述光電導紅外傳感器件由單層石墨烯和所述單層石墨烯上的量子點膜構(gòu)成。
[0010]優(yōu)選地，所述紅外光源為窄帶紅外光源，用于發(fā)出單色窄帶紅外光；所述由石墨烯和量子點構(gòu)成的光電導紅外傳感器件探測從所述參考氣室或所述吸收氣室出來的所述單色窄帶紅外光束，并得出相應(yīng)的電信號。
[0011]優(yōu)選地，所述窄帶紅外光源采用量子點光電二極管發(fā)出單色窄帶紅外光。
[0012]優(yōu)選地，所述窄帶紅外光源采用分別具有不同量子點材料的多個所述光電二極管，由石墨烯和量子點構(gòu)成的所述光電導紅外傳感器件中采用分別具有不同吸收波長的量子點材料；所述光電導紅外傳感器件中所采用的量子點材料與所述多個光電二極管中所采用的量子點材料分別一一對應(yīng)相同。
[0013]優(yōu)選地，所述窄帶紅外光源還包括可轉(zhuǎn)動窄帶光源板，所述分別具有不同量子點材料的多個所述光電二極管位于所述可轉(zhuǎn)動窄帶光源板上。
[0014]優(yōu)選地，所述窄帶紅外光源采用廣譜光源經(jīng)單色窄帶濾光片后得到單色窄帶紅外光。
[0015]優(yōu)選地，所述窄帶紅外光源由廣譜光源和可轉(zhuǎn)動的濾光板構(gòu)成，所述濾光板包括分別具有不同波長的多個所述單色窄帶濾光片。
[0016]優(yōu)選地，所述待測氣體為一種或多種，所述單色窄帶紅外光波長的峰位與一種所述待測氣體的紅外特征吸收波長的峰位相同或二者的偏差范圍不大于±50nm，并且所述單色窄帶紅外光波長范圍內(nèi)僅含有一種所述待測氣體的部分紅外特征吸收波長。
[0017]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種采用紅外氣體分析設(shè)備進行的氣體分析方法，其包括以下步驟:
[0018]步驟01:向所述吸收氣室充入待測氣體；
[0019]步驟02:選擇紅外光源，所選擇的紅外光源發(fā)出紅外光；所述紅外光的波長范圍內(nèi)含有所述待測氣體的特征吸收波長；
[0020]步驟03:所述調(diào)制裝置對所述紅外光進行調(diào)制，并經(jīng)所述分光裝置將所述紅外光分成兩束等光通量的紅外光束；
[0021]步驟04:兩束所述紅外光束分別進入所述參考氣室和所述吸收氣室；
[0022]步驟05:所述由石墨烯和量子點構(gòu)成的光電導紅外傳感器件分別對從所述參考氣室和所述吸收氣室出來的光束進行探測并輸出相應(yīng)的電信號；
[0023]步驟06:所述外接電路將所述電信號輸出，從而得到所述待測氣體的分析結(jié)果。
[0024]優(yōu)選地，所述紅外光源為窄帶紅外光源，用于發(fā)出單色窄帶紅外光；
[0025]所述步驟02具體包括:選擇窄帶紅外光源，所選擇的窄帶紅外光源發(fā)出單色窄帶紅外光，該單色窄帶紅外光波長的峰位與所述待測氣體的特征吸收波長的峰位相同或二者的偏差范圍不大于±50nm，并且該單色窄帶紅外光波長范圍內(nèi)僅含有所述待測氣體的部分特征吸收波長；
[0026]所述步驟03具體包括:所述調(diào)制裝置對所述單色窄帶紅外光進行調(diào)制，并經(jīng)所述分光裝置將所述單色窄帶紅外光分成兩束等光通量的單色窄帶紅外光束；
[0027]所述步驟04具體包括:兩束所述單色窄帶紅外光束分別進入所述參考氣室和所述吸收氣室；
[0028]所述步驟05具體包括:所述由石墨烯和量子點構(gòu)成的光電導紅外傳感器件探測從所述參考氣室或所述吸收氣室出來的所述單色窄帶紅外光束，并得出相應(yīng)的電信號。
[0029]優(yōu)選地，所述待測氣體為多種；所述窄帶紅外光源由可轉(zhuǎn)動窄帶光源板構(gòu)成，所述分別具有不同量子點材料的多個所述光電二極管位于所述可轉(zhuǎn)動窄帶光源板上；
[0030]所述步驟02包括:首先，設(shè)定窄帶光源板旋轉(zhuǎn)后的停止時段；然后，轉(zhuǎn)動所述窄帶光源板，使所述窄帶光源板上的其中一個光電二極管對準所述調(diào)制裝置，所述窄帶光源板在所述停止時段內(nèi)保持靜止；其中，所述其中一個光電二極管所發(fā)出的單色窄帶紅外光波長的峰位與一種所述待測氣體的特征吸收波長的峰位相同或二者的偏差范圍不大于±50nm，并且所述其中一個光電二極管所發(fā)出的單色窄帶紅外光波長范圍內(nèi)僅含有一種所述待測氣體的部分特征吸收波長；
[0031]所述步驟06之后，還包括:
[0032]步驟07:當所設(shè)定的窄帶光源板旋轉(zhuǎn)后的停止時段結(jié)束后，繼續(xù)轉(zhuǎn)動所述窄帶光源板，使所述窄帶光源板上的另一個光電二極管對準所述調(diào)制裝置，所述窄帶光源板繼續(xù)在所述停止時段內(nèi)保持靜止；其中，所述另一個光電二極管所發(fā)出的單色窄帶紅外光波長的峰位與另一種所述待測氣體的特征吸收波長的峰位相同或二者的偏差范圍不大于±50nm，并且所述另一個光電二極管所發(fā)出的單色窄帶紅外光波長范圍內(nèi)僅含有另一種所述待測氣體的部分特征吸收波長；
[0033]步驟08:重復(fù)所述步驟03-07，直至將所要探測的所述待測氣體都探測完畢；
[0034]步驟09:重復(fù)上述步驟01-08，對所探測到的數(shù)據(jù)進行實時跟蹤。
[0035]優(yōu)選地，所述待測氣體為多種；所述窄帶紅外光源由廣譜光源和可轉(zhuǎn)動的濾光板構(gòu)成，所述濾光板包括所述具有不同波長的多個所述單色窄帶濾光片；
[0036]所述步驟02包括:首先，設(shè)定所述濾光板旋轉(zhuǎn)后的停止時段；然后，轉(zhuǎn)動所述濾光板，使所述濾光板上的其中一個單色窄帶濾光片對準所述調(diào)制裝置，所述濾光板在所述停止時段內(nèi)保持靜止；其中，經(jīng)所述其中一個單色窄帶濾光片后得到的單色窄帶紅外光波長的峰位與一種所述待測氣體的特征吸收波長的峰位相同或二者的偏差范圍不大于±50nm，并且經(jīng)所述其中一個單色窄帶濾光片后得到的單色窄帶紅外光波長范圍內(nèi)僅含有一種所述待測氣體的部分特征吸收波長；
[0037]所述步驟06之后，還包括:
[0038]步驟07:當所設(shè)定的濾光板旋轉(zhuǎn)后的停止時段結(jié)束后，繼續(xù)轉(zhuǎn)動所述濾光板，使所述濾光板上的另一個單色窄帶濾光片對準所述調(diào)制裝置，所述濾光板繼續(xù)在所述停止時段內(nèi)保持靜止；其中，經(jīng)所述另一個單色窄帶濾光片后得到的單色窄帶紅外光波長的峰值與另一種所述待測氣體的特征吸收波長的峰值相同或二者的偏差范圍不大于±50nm，并且經(jīng)所述另一個單色窄帶濾光片后得到的單色窄帶紅外光波長范