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原文传递碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法及装置

专利名称：	碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法及装置
摘要：	本发明提供了一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法及装置，方法包括以下步骤：金属原子蒸气的生产；装置的设置；碱金属原子蒸气吸收激光；同位素比率计算。装置包括分别与激光控制器连接的函数发生器和数字锁相放大器，激光控制器驱动激光器产生激光，激光由衰减片衰减后进入吸收池，吸收池吸收的信号由光电探测器接受转化成电信号后，传输至数字锁相放大器解调放大，解调出的二次谐波引号由示波器显示记录。本发明利用TDLAS方法实现碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量。TDLAS方法只需要进行一次测量，测量时间短，测量得到的同位素丰度不受环境条件及调制参数变化影响；测量装置结构简单、使用方便，适用性强。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	核工业理化工程研究院
发明人：	凌菲彤;刘涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910226706.2
公开号：	CN109883991A
代理机构：	天津市宗欣专利商标代理有限公司
代理人：	马倩
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	300180 天津市河东区津塘路168号
主权项：	1.一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法，其特征在于：包括以下步骤： (i)金属原子蒸气的生产将待测碱金属放入吸收池(5)中，蒸发系统(6)对吸收池(5)进行加热获得一定密度的碱金属原子蒸气； (ii)装置的设置打开激光器控制器(2)，设置激光器(1)参数，打开数字锁相放大器(10)，并产生振幅为δv，频率为ω的高频正弦调制信号对激光器(1)输出的瞬时激光频率进行调制，转动衰减片(4)调整激光功率到合适的范围； (iii)碱金属原子蒸气吸收激光调制激光经过吸收池(5)中碱金属原子蒸气吸收，打开函数发生器(3)生成扫描函数，根据吸收峰位置调整扫描函数偏置参数，使需要测量的两个吸收峰完整出现在扫描范围内，由光电探测器(9)调制吸收信号，再经锁相放大器(10)解调得到二次谐波信号，示波器(11)进行采样； (iV)同位素比率计算碱金属原子蒸气中存在两种同位素原子，两种同位素原子密度Na、Nb与锁相放大器(10)测量得到的二次谐波信号A2有如下关系： A2(v)＝Ka(v)Na+Kb(v)Nb 其中K(v)为二次谐波系数；选择吸收截面较大的两条吸收谱线的中心频率作为测量点v1、v2，测量获得在v1、v2两个频率处的二次谐波信号峰值A2(v1)、A2(v2)，代入下面公式即可得到碱金属原子蒸气的同位素比率： 2.根据权利要求1所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法，其特征在于：所述步骤(i)蒸发系统(6)对吸收池(5)进行加热时，充入一定压强的缓冲气体(7)。 3.根据权利要求1所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法，其特征在于：所述步骤(i)中函数发生器(3)的波形选择三角波，70％占比。 4.根据权利要求1所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法，其特征在于：所述示波器(11)采用平均16次采样方式。 5.根据权利要求1所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法，其特征在于：所述光电探测器(9)得到的调制吸收信号由示波器(11)进行监测，数字锁相放大器(10)进行解调，根据解调出的二次谐波调整数字锁相放大器(10)中低通滤波器参数来得到更好的二次谐波信号。 6.根据权利要求1所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量方法，其特征在于：所述二次谐波系数K(v)为与同位素原子的摩尔质量、能级简并态数目相关的常数项。 7.一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量装置，其特征在于：包括分别与激光控制器(2)通过BNC信号线连接的函数发生器(3)和数字锁相放大器(10)，激光控制器(2)驱动激光器(1)产生激光，激光由衰减片(4)衰减后进入吸收池(5)，吸收池(5)吸收的信号由光电探测器(9)接受转化成电信号后，传输至数字锁相放大器(10)解调放大，解调出的二次谐波引号由示波器(11)显示记录；吸收池(5)外部设置对其进行加热的蒸发系统(6)，缓冲气体(7)充入吸收池(5)内。 8.根据权利要求7所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量装置，其特征在于：所述激光器(1)为外腔式可调谐半导体激光器。 9.根据权利要求7所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量装置，其特征在于：所述吸收池(5)外部设置与其连接的真空泵(8)。 10.根据权利要求7所述的一种碱金属原子蒸气同位素丰度的在线测量装置，其特征在于：所述函数发生器(3)产生三角波扫描信号，控制扫描频率和扫描范围；所述数字锁相放大器(10)产生正弦波调制信号，控制调制频率和调制深度。
所属类别：	发明专利