根據(jù)下文，對測量室104內(nèi)的氣體濃度的計算基于參考探測器110和測量探測器108。首先，執(zhí)行歸一化方法，以對兩個信道130、132之間的差值和光通量進行歸一化。來自參考信道130的信號自身用來確定和控制重要的激光參數(shù)，如激光中心頻率和頻率調(diào)制特性。這些參數(shù)可以從參考?xì)怏w吸收光譜中得出。歸一化測量值和參考信號之間的差值然后用于得出測量室中的氣體濃度。通過這樣做，參考探測器信號和測量探測器信號中的共有組分即參考?xì)怏w吸收、激光振幅調(diào)制特性以及在激光器組件和準(zhǔn)直透鏡中引起的"共模"光學(xué)噪聲，被移除。激光器組件和準(zhǔn)直透鏡中引起的"共模"光學(xué)噪聲的移除減少了對使用專用"低噪聲"準(zhǔn)直光學(xué)器件和激光器組件的要求，這在提供實用的系統(tǒng)方面是非常重要的因素。
[0014]圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的可調(diào)諧二極管激光器吸收光譜系統(tǒng)的光學(xué)布置的光線示意圖。如圖2所示，激光照射光由激光器112生成，然后，該激光照射光在到達處理光楔(wedge) 115上的處理窗口 116之前被準(zhǔn)直儀136準(zhǔn)直。如圖2所示，處理窗口 116的形狀將反射光束128聚焦在參考探測器110上。另外，到達處理窗口 116的準(zhǔn)直照射光的一部分傳輸通過處理光楔115而進入過程氣體106中。如上關(guān)于圖1所述，該光束傳輸通過測量室的長度，并且被反射和返回通過處理窗口 126，處理窗口 126將返回的光束聚焦在測量探測器108上。
[0015]圖3是使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的可調(diào)諧二極管激光吸收光譜系統(tǒng)來檢測氣體樣品中的微量水分的方法的流程圖。方法150在方框152處開始，在方框152處照射光在密封外殼中生成，該密封外殼具有已知的水分成分。在一個實施例中，照射光是被諸如上述的TD1112之類的可調(diào)諧二極管激光器生成的激光照射光。在方框154處，在方框152處生成的照射光的一部分被處理窗口反射到參考探測器。被處理窗口反射的照射光未傳輸進入諸如測量室104之類的測量室中。替代地，被反射的照射光僅在具有已知水分成分的密封外殼中傳輸。因而，參考探測器的信號指示關(guān)于密封外殼、激光頻率和振幅調(diào)制等的多個變量。該信號可以提供很多有用的信息，該信息可以用于控制或以其它方式設(shè)置系統(tǒng)的多個參數(shù)。例如，可以至少部分地基于參考探測器信號控制激光頻率。另外地，或可替換地，可以基于參考探測器信號確定激光的調(diào)制頻率。
[0016]在方框156處，在方框152處生成的照射光的一部分傳輸通過處理窗口而進入測量室中。根據(jù)已知的原理，照射光與測量室內(nèi)側(cè)的氣體相互作用。當(dāng)傳輸通過測量室的照射光到達其相應(yīng)的探測器時，測量探測器產(chǎn)生吸收感應(yīng)信號。然而，吸收感應(yīng)信號還可以具有由光程中的殘余水分、環(huán)境水分和共模光學(xué)噪聲導(dǎo)致的多個不期望的作用。然而，所有的這些不期望的作用還存在于參考探測器信號中。在方框158處，從吸收感應(yīng)信號中去除參考探測器信號，以提供經(jīng)補償?shù)乃州敵觥?br>[0017]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對形式和細(xì)節(jié)進行改變。盡管已經(jīng)關(guān)于密封在用于壽命校準(zhǔn)的激光頭中的感興趣氣體(水汽)的受控制量來在總體上描述了本發(fā)明的實施例，但是只要這中參考?xì)怏w的吸收光譜可以從彼此中消除，額外的或可選的感興趣氣體也可以被存儲在激光頭中。這樣，測量頭102可以具有用于多種不同的感興趣氣體的壽命校準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種氣體吸收光譜系統(tǒng)，其包括: 密封腔，所述密封腔中具有參考?xì)怏w，所述參考?xì)怏w具有已知的水分濃度； 照射光源，所述照射光源被設(shè)置在密封腔中，并且被構(gòu)造成用于生成照射光束； 測量室，所述測量室聯(lián)接到密封腔，并且被構(gòu)造成暴露于氣體樣品，使得穿過測量室的照射光穿過所述氣體樣品； 處理窗口，所述處理窗口被設(shè)置在密封腔和測量室之間，所述處理窗口被構(gòu)造成用于接收來自照射光源的照射光束并且反射照射光的第一部分，同時允許照射光的第二部分進入測量室中； 參考探測器，所述參考探測器被設(shè)置成用于接收照射光的所述第一部分并且提供參考探測器信號； 測量探測器，所述測量探測器被設(shè)置成用于在照射光的所述第二部分已經(jīng)穿過測量室之后接收照射光的該第二部分，并且提供測量探測器信號；和 控制器，所述控制器連接到參考探測器和測量探測器，所述控制器被配置成用于基于參考探測器信號和測量探測器信號來提供經(jīng)補償?shù)臐穸容敵觥?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述處理窗口被構(gòu)造成用于將被反射的所述第一部分聚焦在參考探測器上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述處理窗口被構(gòu)造成用于將照射光的所述第二部分聚焦在測量探測器上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成從測量探測器信號中減去參考探測器信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述照射光源是可調(diào)諧二極管激光器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，進一步地包括激光器控制電路，所述激光器控制電路將可調(diào)諧激光二極管連接到控制器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成用于基于參考探測器信號來選擇可調(diào)諧二極管激光器的至少一個操作參數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述至少一個操作參數(shù)是波長。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述至少一個操作參數(shù)是調(diào)制頻率。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)提供用于水分檢測的壽命校準(zhǔn)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)提供用于至少一個額外的感興趣物種的壽命校準(zhǔn)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體吸收光譜系統(tǒng)，其中從處理窗口到參考探測器的光程長度等于從處理窗口到測量探測器的光程長度。13.一種使用可調(diào)諧激光吸收光譜來檢測氣體樣品中的水分的方法，該方法包括下述步驟: 在密封腔中生成照射光； 在處理窗口處反射所生成的照射光的一部分，所述處理窗口將密封腔與測量室分離，其中照射光被反射的部分被傳送到參考探測器； 將所生成的照射光的一部分傳輸進入測量室中，其中被傳輸進入測量室的照射光與測量室中的氣體樣品相互作用； 利用測量探測器來檢測所生成的照射光的被傳輸?shù)牟糠郑灰约? 基于來自參考探測器和測量探測器的信號，來提供經(jīng)補償?shù)臉悠匪趾恐怠?4.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中提供經(jīng)補償?shù)臉悠匪趾康牟襟E包括從來自于測量探測器的信號中減去來自于參考探測器的信號。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中反射所生成的照射光的所述一部分的步驟包括將被反射的部分聚焦在參考探測器上。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所生成的照射光的被傳輸?shù)牟糠衷跍y量室的端部處被反射回到處理窗口。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述處理窗口被構(gòu)造成用于將被傳輸?shù)恼丈涔饩劢乖跍y量探測器上。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述照射光是激光照射光。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中基于參考探測器信號控制所述激光照射光的至少一個操作參數(shù)。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述操作參數(shù)是波長。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述操作參數(shù)是調(diào)制頻率。
【專利摘要】提供一種氣體吸收光譜系統(tǒng)和方法。密封腔中設(shè)置有具有已知水分濃度的參考?xì)怏w。照射光源(112)被設(shè)置在密封腔中并被構(gòu)造成生成照射光束。測量室(104)聯(lián)接到密封腔并被構(gòu)造成暴露給氣體樣品(106)，使得穿過測量室(104)的照射光(118)穿過氣體樣品(106)。處理窗口(116)被設(shè)置在密封腔和測量室(104)之間。處理窗口(116)被構(gòu)造成接收來自照射光源(112)的照射光束并反射照射光的第一部分(128)，同時允許照射光的第二部分(118)進入測量室(104)。參考探測器(110)被設(shè)置成接收照射光的第一部分(128)并提供參考探測器信號。測量探測器(108)被設(shè)置成在照射光的第二部分已傳輸通過測量室(104)后接收照射光的第二部分(124)并提供測量探測器信號。控制器(105)連接到參考探測器(110)和測量探測器(108)，并被配置成基于參考探測器信號和測量探測器信號提供經(jīng)補償?shù)乃州敵觥?br>【IPC分類】G01J3/42, G01N21/39
【公開號】CN104903704
【申請?zhí)枴緾N201480004033
【發(fā)明人】帕維爾·克盧欽斯基
【申請人】羅斯蒙特分析公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2014年6月19日
【公告號】US20140375995, WO2014205207A1