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原文传递气体监测器

专利名称：	气体监测器
摘要：	基于可调谐二极管激光器光谱学的气体监测器，包括与至少一种目标气体(5000)匹配的至少一个光源(1000)和至少一个光敏检测器(3000)，以及由将来自光源(1000)的光束(4100)引导通过待分析目标气体(5000)的中心镜(2100)和围绕中心镜(2100)并将透射过气体(5000)的光引导到至少一个检测器(3000)的围绕镜(2300)制成的镜装置(2000)。气体监测器还包括控制光源(1000，1100，1200)、数字化模拟信号并确定气体(5000)的特征的控制系统。气体监测器还包括精确对准用内部对准装置。气体监测器包括在两个或多个波长范围中的针对气体具有吸收线的两个或多个光源(1000，1100，1200)。在某些实施例中，气体监测器包括可插入光学路径中以验证仪器的性能的一个或多个气体单元(2910，2920)。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	挪威;NO
申请人：	恩伊欧监测设备有限公司
发明人：	O·比约罗伊
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201780085480.8
公开号：	CN110325839A
代理机构：	永新专利商标代理有限公司
代理人：	陈珊
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	挪威斯基德斯莫科尔塞特
主权项：	1.一种用于确定目标气体(5000)的至少一个特征的气体监测系统，所述气体监测系统包括至少一个光源(1000)，所述光源(1000)设置用于发射处于一定波长范围中的光，所述目标气体(5000)在该波长范围中具有至少一条吸收线，所述系统还包括具有反射装置的后向反射器(2200)以及控制单元，所述气体监测系统设置用于将所述光穿过所述目标气体(5000)引导至所述后向反射器(2200)，所述后向反射器将所述光返回到接收光学器件，所述系统还包括具有用于检测光的至少一个光敏检测器的检测器系统，所述检测器设置用于提供待由所述控制单元接收的信号，所述控制单元设置用于控制所述气体监测系统并计算所述气体的所述至少一个特征，其特征在于，所述气体监测系统包括镜装置(2000)，所述镜装置(2000)包括中心镜(2100)以及围绕镜(2300)，所述中心镜和所述围绕镜各自具有表面、几何中心和光轴，其中，所述中心镜(2100)和所述围绕镜(2300)设置成在其光轴(2150，2350)之间具有偏移角，其中，所述中心镜(2100)和所述围绕镜(2300)的所述光轴(2150，2350)在所述中心镜(2100)的所述表面的所述几何中心附近处的交叉点处相交，其中，所述镜装置(2000)能够围绕枢转点(2050)沿三维立体角内的任何方向倾斜，其中，所述枢转点(2050)位于所述交叉点附近，所述中心镜(2100)设置用于接收来自所述光源(1000)的光并将所述光引导到所述后向反射器(2200)，所述后向反射器(2200)设置用于将所述光返回到所述围绕镜(2300)，所述围绕镜(2300)设置用于将所述光反射到所述检测器系统中。 2.根据权利要求1所述的气体监测系统，其中，所述光轴(2150，2350)的所述交叉点位于距所述中心镜(2100)的所述表面的所述几何中心小于10mm处。 3.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述枢转点(2050)位于距所述光轴(2150，2350)的所述交叉点小于20mm处。 4.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述光轴(2150，2350)的交叉点和所述枢转点(2050)位于所述中心镜(2100)的所述表面的所述几何中心处。 5.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述气体监测系统设置用于形成光束，每个光束具有轴线：从包括所述光源(1000)的光源系统到中心镜(2100)的光束(4100)、从所述中心镜(2100)到所述后向反射器(2200)的光束(4200)、从所述后向反射器(2200)到所述围绕镜(2300)的光束(4300)以及从所述围绕镜到所述检测器系统的光束(4400)，并且其中，所述气体监测系统设置成对到达和来自所述后向反射器(2200)的光束而言基本上是同轴的，并且从所述光源系统到所述中心镜(2100)的光束的轴线和从所述围绕镜(2300)到所述检测器系统的光束的轴线不重合。 6.根据权利要求5所述的气体监测系统，其中，所述系统设置成使得所述中心镜(2100)和所述围绕镜(2300)的光轴之间的角度的两倍基本上对应于所述光源系统和检测器系统(3000)的光轴之间的角度。 7.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述中心镜(2100)和所述围绕镜(2300)各自包括用于反射光的表面，并且所述镜装置(2000)设置成使得所述围绕镜(2300)的表面围绕所述中心镜(2100)的表面。 8.根据权利要求7所述的气体监测系统，所述中心镜(2100)和所述围绕镜(2300)的表面还设置成使得所述光轴(2150，2350)的所述交叉点位于所述中心镜(2100)的所述光学中心处。 9.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述中心镜(2100)是以下形式中的一者：平面、抛物面、离轴抛物面和球形面；并且所述围绕镜(2300)为：平面、抛物面、离轴抛物面和球形面。 10.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述检测器系统位于所述镜装置(2000)和所述后向反射器(2200)之间的所述光束(4200，4300)外部。 11.根据前述权利要求中任一项的气体监测系统，其中，所述光源(1000)是以下类型中的一者的激光器：VCSEL激光器、DFB激光器、QCL和ICL激光器、法布里-珀罗激光器、以及不同阵列类型激光器。 12.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述后向反射器(2200)是以下类型中的一者：立方角或反射带。 13.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述镜装置(2000)设置用于将来自所述中心镜(2100)的光束沿指向方向主要朝所述后向反射器(2200)指向，并且其中，所述气体监测系统包括用于调节所述镜装置(2000)的所述指向方向的对准装置。 14.根据权利要求13所述的气体监测系统，其中，所述对准装置设置用于主要围绕所述枢转点(2050)提供所述镜装置(2000)的倾斜。 15.根据权利要求13或14所述的气体监测系统，其中，所述枢转点(2050)位于所述中心镜(2100)的所述几何中心附近。 16.根据权利要求13或14所述的气体监测系统，其中，所述枢转点(2050)在所述中心镜(2100)的所述几何中心后方位于所述中心镜(2100)的所述光轴(2150)附近。 17.根据权利要求13至16中任一项所述的系统，其中，对准装置包括用于通过在监测信号并且找到最佳信号的同时移动所述镜组件而使所述镜组件自动朝所述后向反射器(2200)对准的装置。 18.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述系统包括可见光源(1200)，所述可见光源设置用于发送准直可见光束，所述准直可见光束与来自所述至少一个光源(1000)的光束基本上同轴以便于所述系统的对准。 19.根据前述权利要求中任一项所述的气体监测系统，其中，所述系统包括在不同波长下运行的多个光源(1000，1100)，每个光源(1000，1100)具有分束器，所述分束器用于将来自所述光源(1000，1100)的光束合并到公共路径；所述分束器具有对于来自所述光源(1000，1100)的对应于每个分束器的光被基本上反射而来自其他光源(1000，1100)的一定波长的光基本上透射的光谱特性。 20.根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括多个光敏检测器和多个分束器，所述多个分束器用于将来自每个光源(1000)的波长分离到各个检测器。 21.根据权利要求19和20中任一项所述的系统，其中，所述系统设置用于时分多路复用或频率多路复用以分离来自每个光源(1000)的波长。 22.根据权利要求19至21中任一项所述的系统，其中，所述系统设置成使来自所述分束器的过量光通过用于所述光源(1000，1100)中的每个的至少一个气体单元然后使所述过量光到达用于所述光源(1000，1100)中的每个的至少一个额外光敏检测器上；所述至少一个气体单元含有具有吸收特性的气体，该气体适合用于自校准并监测仪器在光谱操作点方面的完整性。 23.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述后向反射器(2200)包括光束阻挡板(2211)，所述光束阻挡板围绕所述后向反射器(2200)的中心轴线基本对称地设置以用于阻挡光被所述后向反射器经由所述中心镜(2300)反射回所述光源(1000)。 24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述阻挡板(2211)基本上形成为类似圆盘形状，其具有针对光学路径长度和光束发散度的范围进行优化的直径。 25.根据权利要求23或24所述的系统，其中，所述阻挡板(2211)以相对于所述后向反射器(2200)的所述光轴倾斜的一定角度设置。 26.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述后向反射器(2200)包括中心部分(2240)，在所述中心部分中，基本上已经移除了所述反射装置以避免激光器光经由所述中心镜(2100)被反射回所述光源(1000)。 27.根据权利要求26所述的系统，其中，漫射器元件(2250)放置在所述后向反射器(2200)的所述中心部分(2240)中，在所述中心部分中，所述反射装置已被移除；所述漫射器元件(2250)减少了来自所述后向反射器(2200)后方的表面的光学噪声和反射。 28.根据权利要求27所述的系统，所述中心部分(2240)的所述反射装置包括被喷砂或蚀刻的反射表面用于基本上去除所述反射表面并制成所述漫射器元件(2250)。 29.一种用于确定目标气体(5000)的至少一种特征的方法，包括以下步骤： -发射处于所述目标气体(5000)在来自光源(1000)的光束中具有至少一条吸收线的范围中的光； -通过中心镜(2100)将所述光通过所述目标气体(5000)的样品朝后向反射器(2200)反射； -通过所述后向反射器(2200)使所述光朝围绕所述中心镜(1000)的围绕镜(2300)返回； -通过所述围绕镜(2300)朝检测器系统反射所述光； -通过所述检测器系统包括的至少一个检测器来检测所述光； -接收来自所述检测器系统的信号并通过控制系统确定所述气体的所述至少一个特征。
所属类别：	发明专利