激光拉曼氣體分析系統以及實時差分去背景噪聲測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種激光拉曼氣體分析系統的測量方法，特別是一種激光拉曼氣體分析系統以及實時差分去背景噪聲測量方法。
【背景技術】
[0002]光照射到物質上時會發生散射。在發生散射時，大部分散射光的波長并不發生變化，這種波長不發生變化的散射稱為瑞利散射；少部分散射光的波長會增大或減小，這種波長發生變化的散射稱作拉曼散射，其對應的光譜稱為拉曼光譜。
[0003]拉曼光譜圖是利用拉曼光譜對物質進行分析的依據，定波長激光拉曼散射技術是目前最先進的氣體測量技術之一，近些年得到了迅猛的發展，被認為是具有革命性變革的全新測量方法。
[0004]而氣體分析系統測量的準確度，通常與獲得的被測氣體的拉曼光譜圖質量有很大的關系，而此光譜圖往往會受到背景噪聲的很大影響，這些背景噪聲包括機器噪聲、熒光噪聲、其他物質的拉曼光譜等。背景噪聲的干擾會影響測量的精度，從而使整個標定過程難以有效進行，因此，必須進行一些合理的消除噪聲的處理，以保證測量的準確度。
[0005]常用的去除背景噪聲的方法有數字平滑濾波法、多項式擬合基線校正、小波變換和高通與低通濾波法等。以上這些方法在某些情況下能夠有效去除及其噪聲、熒光等的干擾，但在復雜體系中，這些方法對于其他非探測物質的拉曼光譜干擾則無能為力，面對高強度的熒光背景干擾時也達不到理想的效果。
【發明內容】
[0006]本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種能實時消除系統基底噪聲帶來的影響，大大提高測量的精度，而且此消除基底的測量方法簡單，容易實現的一種激光拉曼氣體分析系統以及實時差分去背景噪聲測量方法。
[0007]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:
[0008]一種激光拉曼氣體分析系統，其特征在于，包括:
[0009]一光譜分析儀:用于接收激光束與氣體樣品相互作用產生的拉曼散射信號；
[0010]一泵浦激光器:用于產生固定波長的激光光束；
[0011]一反應氣室:用于接收氣體樣品，在反應氣室內，氣體樣品經過激光照射后能產生拉曼散射；
[0012]一擋光板:設置在反應氣室內，用于實現光路交替實時遮擋；
[0013]一運動控制單元:用于控制擋光板的運動，實現實時遮擋的運動控制；
[0014]一光路系統:用于將激光器產生的激光束經反射和透射后進入反應氣室與被測氣體進行反應和用于收集拉曼散射信號；該光路系統包括:
[0015]一窄帶濾光鏡:設置在泵浦激光器下方，用于過濾定波長的激光光束；
[0016]一聚焦透鏡:用于將激光束聚焦到反應氣室，并用于收集和準直拉曼信號；
[0017]—收集透鏡:用于聚焦拉曼信號
[0018]一分光鏡:將激光束反射到聚焦透鏡，以及通過拉曼信號；
[0019]一長通濾光鏡:用于過濾瑞利散射；
[0020]一拉曼收集器:為一個空腔的本體，收集透鏡設置在空腔的本體的前端，尾端通過光纖與光譜分析儀連接；
[0021]所述聚焦透鏡、收集透鏡、分光鏡以及長通濾光鏡的中心在同一直線上；
[0022]一種激光拉曼氣體分析系統中實時差分去背景噪聲測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0023]步驟3.1，運行系統，開始進行實時測量；
[0024]步驟3.2，運動控制單元控制擋光板旋轉至平行狀態，由光譜分析儀實時獲取一個被測氣體的拉曼光譜信息Ls ;
[0025]步驟3.3，運動控制單元控制擋光板旋轉至垂直，由光譜分析儀實時獲取一個背景噪聲的拉曼光譜信息Lb ；
[0026]步驟3.4，由數據處理系統根據步驟3.3得到的拉曼光譜信息進行差分去除基底噪聲，實時獲得去除背景噪聲后的拉曼光譜信息Lc ;
[0027]步驟3.5，通過運動控制單元實時調整擋光板的運動，用于實現交替遮擋方式并控制拉曼光譜信息的采集，重復多次3.2到3.4步驟，獲取多個去除背景噪聲后的拉曼光譜信息，最后取平均值以實時獲取準確的去除背景噪聲后的拉曼光譜信息Lc'。
[0028]因此，本發明具有如下優點:能實時消除系統基底噪聲帶來的影響，大大提高測量的精度，而且此消除基底的測量方法簡單，容易實現。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明的系統結構示意圖。
[0030]圖2為本發明中不擋擋光板時，由光譜分析儀實時獲取N2的拉曼光譜信息Ls。
[0031]圖3為本發明中經差分去除基底噪聲，實時獲得的去除背景噪聲后的N2拉曼光譜f目息Lc
【具體實施方式】
[0032]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0033]實施例:
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0035]一、如圖1所示，本發明包括:
[0036]一光譜分析儀:用于接收激光束與氣體樣品相互作用產生的拉曼散射信號；
[0037]一泵浦激光器:用于產生固定波長的激光光束；
[0038]一反應氣室:用于接收氣體樣品，在反應氣室內，氣體樣品經過激光照射后能產生拉曼散射；
[0039]一擋光板:設置在反應氣室內，用于實現光路交替實時遮擋；
[0040]一運動控制單元:用于控制擋光板的運動，實現實時遮擋的運動控制；
[0041]一光路系統:用于將激光器產生的激光束經反射和透射后進入反應氣室與被測氣體進行反應和用于收集拉曼散射信號；該光路系統包括:
[0042]一窄帶濾光鏡:設置在泵浦激光器下方，用于過濾定波長的激光光束；
[0043]一聚焦透鏡:用于將激光束聚焦到反應氣室，并用于收集和準直拉曼信號；
[0044]一收集透鏡:用于聚焦拉曼信號
[0045]一分光鏡:將激光束反射到聚焦透鏡，以及通過拉曼信號；
[0046]—長通濾光鏡:用于過濾瑞利散射；
[0047]一拉曼收集器:為一個空腔的本體，收集透鏡設置在空腔的本體的前端，尾端通過光纖與光譜分析儀連接；
[0048]其中，聚焦透鏡、收集透鏡、分光鏡以及長通濾光鏡的中心在同一直線上；
[0049]二、下面以通入純N2為例，詳細介紹采用上面分析系統的具體操作步驟，包括:
[0050]步驟I運行如圖1所示的系統，開始進行實時測量；
[0051]步驟2不擋擋光板時，由光譜分析儀實時獲取一個被測氣體的拉曼光譜信息Ls，如圖2所示；
[0052]步驟3擋擋光板時，由光譜分析儀實時獲取一個背景噪聲的拉曼光譜信息Lb ；
[0053]步驟4由數據處理系統差分去除基底噪聲，實時獲得去除背景噪聲后的拉曼光譜信息Lc，如圖3所示；
[0054]步驟5通過一運動控制系統實時調整擋光板的運動，用于實現交替遮擋方式并控制拉曼光譜信息的采集，重復多次3.2到3.4步驟，最后取平均值以實時獲取準確的去除背景噪聲后的拉曼光譜信息Lc'。
[0055]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
[0056]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【主權項】
1.一種激光拉曼氣體分析系統，其特征在于，包括: 一光譜分析儀:用于接收激光束與氣體樣品相互作用產生的拉曼散射信號； 一泵浦激光器:用于產生固定波長的激光光束； 一反應氣室:用于接收氣體樣品，在反應氣室內，氣體樣品經過激光照射后能產生拉曼散射； 一擋光板:設置在反應氣室內，用于實現光路交替實時遮擋； 一運動控制單元:用于控制擋光板的運動，實現實時遮擋的運動控制； 一光路系統:用于將激光器產生的激光束經反射和透射后進入反應氣室與被測氣體進行反應和用于收集拉曼散射信號；該光路系統包括: 一窄帶濾光鏡:設置在泵浦激光器下方，用于過濾定波長的激光光束； 一聚焦透鏡:用于將激光束聚焦到反應氣室，并用于收集和準直拉曼信號； 一收集透鏡:用于聚焦拉曼信號 一分光鏡:將激光束反射到聚焦透鏡，以及通過拉曼信號； 一長通濾光鏡:用于過濾瑞利散射； 一拉曼收集器:為一個空腔的本體，收集透鏡設置在空腔的本體的前端，尾端通過光纖與光譜分析儀連接； 所述聚焦透鏡、收集透鏡、分光鏡以及長通濾光鏡的中心在同一直線上。
2.—種激光拉曼氣體分析系統中實時差分去除背景噪聲的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟3.1，運行系統，開始進行實時測量； 步驟3.2，運動控制單元控制擋光板旋轉至平行狀態，由光譜分析儀實時獲取一個被測氣體的拉曼光譜信息Ls ; 步驟3.3，運動控制單元控制擋光板旋轉至垂直，由光譜分析儀實時獲取一個背景噪聲的拉曼光譜信息Lb ; 步驟3.4，由數據處理系統根據步驟3.3得到的拉曼光譜信息進行差分去除基底噪聲，實時獲得去除背景噪聲后的拉曼光譜信息Lc ; 步驟3.5，通過運動控制單元實時調整擋光板的運動，用于實現交替遮擋方式并控制拉曼光譜信息的采集，重復多次3.2到3.4步驟，獲取多個去除背景噪聲后的拉曼光譜信息，最后取平均值以實時獲取準確的去除背景噪聲后的拉曼光譜信息Lc'。
【專利摘要】本發明涉及一種激光拉曼氣體分析系統以及實時差分去背景噪聲測量方法，在激光拉曼氣體分析系統的實時測量中，由光譜分析儀獲取被測量氣體的拉曼散射光譜圖，通過一擋光板采用光路交替實時遮擋方式消除系統基底噪聲帶來的影響，得到一個去除背景噪聲后的被測量氣體的拉曼散射光譜圖。在激光拉曼氣體分析系統的測量中，此測量方法能實時消除系統基底噪聲帶來的影響，大大提高測量的精度，而且此消除基底的測量方法簡單，容易實現。
【IPC分類】G01N21-65
【公開號】CN104677880
【申請號】CN201510133928
【發明人】熊友輝, 劉志強, 江坤, 田蕾, 石平靜
【申請人】武漢四方光電科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月25日