本申請屬于氣體檢測，尤其涉及一種氣體檢測系統及方法。

背景技術：

1、拉曼光譜是一種表征物質分子結構的散射光譜，當激光打到樣品上，會激發樣品分子的拉曼散射信號，再通過透鏡或光纖等元件，將光信號收集到一個光譜儀里面，即可對拉曼光譜進行分析。由于不同氣體分子的拉曼散射光譜不同，可以根據拉曼光譜來對氣體的種類和濃度進行定性或定量分析。

2、拉曼光是一種散射光，散射光強度和物質分子濃度正相關，常規拉曼檢測用于固體和液體偏多。但是，由于氣體密度比液體低1000倍，再加上工業檢測中氣體一般是多組分混合氣，目標氣體的濃度和含量可能要再低100～10000倍，所以氣體拉曼信號非常弱，限制了拉曼光譜在很多氣體檢測行業的應用。

技術實現思路

1、本申請實施例提供一種氣體檢測系統和方法，能夠提高氣體拉曼散射光的收集效率，并對收集到的氣體拉曼散射光進行分析。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種氣體檢測系統，氣體檢測系統包括：樣品池，樣品池用于存儲目標氣體，樣品池的池壁上設置有第一組透光窗口和至少一個第二組透光窗口，第一組透光窗口包括相對的兩個透光窗口，第二組透光窗口包括相對的第一透光窗口和第二透光窗口；激光發射器，用于通過第一組透光窗口向樣品池中的目標氣體發射激光，以使目標氣體產生拉曼散射光；至少一個聚光結構，聚光結構包括反射鏡和凸透鏡，反射鏡位于第一透光窗口的外側，且反射鏡的反射面朝向第一透光窗口，凸透鏡位于第二透光窗口的外側，且凸透鏡位于反射鏡反射拉曼散射光的光路上，凸透鏡用于將目標氣體向第二透光窗口散射的拉曼散射光和反射鏡反射的拉曼散射光聚焦于聚焦點；光纖，光纖的第一端位于聚焦點，光纖用于接收并傳輸拉曼散射光；光譜成像子系統，光譜成像子系統與光纖的第二端連接，光譜成像子系統用于基于接收到拉曼散射光，生成拉曼光譜，拉曼光譜用于檢測目標氣體的目標參數。

3、根據本申請第一方面的實施方式，樣品池為封閉的多面體，樣品池包括多組池壁，每組池壁包括相對的兩個池壁，第一組透光窗口和第二組透光窗口位于不同組的池壁上。

4、根據本申請第一方面前述任一實施方式，樣品池包括至少兩個第二組透光窗口，至少兩個第二組透光窗口位于不同組的池壁上；氣體檢測系統包括至少兩個聚光結構，至少兩個聚光結構與至少兩個第二組透光窗口一一對應，至少兩個聚光結構用于將經過至少兩個第二組透光窗口的拉曼散射光聚焦于不同的聚焦點；光纖包括至少兩個第一端，光纖的至少兩個第一端位于不同的聚焦點，光纖用于將從至少兩個聚焦點接收到的拉曼散射光傳輸到光譜成像子系統。

5、根據本申請第一方面前述任一實施方式，光纖包括第一多合一光纖束，第一多合一光纖束包括至少兩個第一端和一個第二端，第一多合一光纖束的至少兩個第一端位于不同的聚焦點，第一多合一光纖束的第二端包括多芯光纖，多芯光纖呈線性排布，第一多合一光纖束的第二端與光譜成像子系統連接。

6、根據本申請第一方面的實施方式，光纖包括預設數量的第一多合一光纖束和一個第二多合一光纖束，第一多合一光纖束包括至少兩個第一端和一個第二端，第一多合一光纖束的至少兩個第一端位于不同的聚焦點，第二多合一光纖束包括預設數量的第一端和一個第二端，第二多合一光纖束的第一端分別與預設數量的第一多合一光纖束的第二端連接，第二多合一光纖束的第二端包括多芯光纖，多芯光纖呈線性排布，第二多合一光纖束的第二端與光譜成像子系統連接。根據本申請第一方面前述任一實施方式，聚光結構還包括：準直鏡，準直鏡位于反射鏡反射拉曼散射光的光路上，且位于第二透光窗口與凸透鏡之間。

7、根據本申請第一方面前述任一實施方式，光譜成像子系統包括：分光模塊，分光模塊與光纖的第二端連接，分光模塊用于接收由光纖傳輸的拉曼散射光，并對拉曼散射光進行分光，得到多個光信號；探測器，探測器與分光模塊連接，探測器用于根據多個光信號生成拉曼光譜。

8、根據本申請第一方面前述任一實施方式，分光模塊包括透射光柵，和/或，探測器包括面陣探測器。

9、根據本申請第一方面前述任一實施方式，反射鏡包括凹面反射鏡，凹面反射鏡用于將拉曼散射光聚集并反射。

10、第二方面，本申請實施例提供了一種氣體檢測方法，應用于第一方面的氣體檢測系統，氣體檢測方法包括：控制激光發射器通過第一組透光窗口向樣品池中的目標氣體發生激光，以使目標氣體產生拉曼散射光；通過光纖接收聚焦點的拉曼散射光；基于接收到拉曼散射光，生成拉曼光譜，拉曼光譜用于檢測目標氣體的目標參數。

11、本申請實施例的氣體檢測系統及方法，通過在樣品池池壁上設置第一組透光窗口和至少一個第二組透光窗口，第一組透光窗口包括相對的兩個透光窗口，第二組透光窗口包括相對的第一透光窗口和第二透光窗口，使激光發射器可以通過第一組透光窗口照射樣品池內的目標氣體，從而使目標氣體產生拉曼散射光。因為該氣體檢測系統包括至少一個聚光結構，且聚光結構包括反射鏡和凸透鏡，反射鏡位于第一透光窗口的外側，凸透鏡位于第二透光窗口的外側，由于第一透光窗口與第二透光窗口相對，且凸透鏡位于反射鏡反射拉曼散射光的光路上，所以凸透鏡可以將目標氣體向第二透光窗口散射的拉曼散射光和反射鏡反射的拉曼散射光聚焦于聚焦點，這樣聚焦點的拉曼散射光包括向第一透光窗口發射的拉曼散射光和向第二透光窗口發射的拉曼散射光，共兩路拉曼散射光，提高了該氣體檢測系統的氣體拉曼散射光收集效率。該氣體檢測系統還包括光纖，通過光纖接收并傳輸聚焦點的拉曼散射光，通過光譜成像子系統接收光纖傳輸的拉曼散射光，生成拉曼光譜，從而實現利用拉曼光譜對目標氣體的拉曼散射光進行分析。

技術特征：

1.一種氣體檢測系統，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述樣品池為封閉的多面體，所述樣品池包括多組池壁，每組池壁包括相對的兩個池壁，所述第一組透光窗口和所述第二組透光窗口位于不同組的池壁上。

3.根據權利要求2所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述樣品池包括至少兩個所述第二組透光窗口，至少兩個所述第二組透光窗口位于不同組的池壁上；

4.根據權利要求3所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述光纖包括第一多合一光纖束，所述第一多合一光纖束包括至少兩個第一端和一個第二端，所述第一多合一光纖束的至少兩個第一端位于不同的所述聚焦點，所述第一多合一光纖束的第二端包括多芯光纖，所述多芯光纖呈線性排布，所述第一多合一光纖束的第二端與所述光譜成像子系統連接。

5.根據權利要求3所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述光纖包括預設數量的第一多合一光纖束和一個第二多合一光纖束，所述第一多合一光纖束包括至少兩個第一端和一個第二端，所述第一多合一光纖束的至少兩個第一端位于不同的所述聚焦點，所述第二多合一光纖束包括所述預設數量的第一端和一個第二端，所述第二多合一光纖束的第一端分別與預設數量的所述第一多合一光纖束的第二端連接，所述第二多合一光纖束的第二端包括多芯光纖，所述多芯光纖呈線性排布，所述第二多合一光纖束的第二端與所述光譜成像子系統連接。

6.根據權利要求1所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述聚光結構還包括：

7.根據權利要求1所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述光譜成像子系統包括：

8.根據權利要求7所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述分光模塊包括透射光柵，和/或，所述探測器包括面陣探測器。

9.根據權利要求1所述的氣體檢測系統，其特征在于，所述反射鏡包括凹面反射鏡，所述凹面反射鏡用于將所述拉曼散射光聚集并反射。

10.一種氣體檢測方法，其特征在于，應用于權利要求1-9任一項所述的氣體檢測系統，所述方法包括：

技術總結
本申請公開了一種氣體檢測系統及方法。氣體檢測系統包括：樣品池，用于存儲目標氣體，池壁上設置有第一組透光窗口和至少一個第二組透光窗口，第二組透光窗口包括相對的第一透光窗口和第二透光窗口；激光發射器，通過第一組透光窗口向目標氣體發射激光，使目標氣體產生拉曼散射光；至少一個聚光結構，聚光結構包括反射鏡和凸透鏡，凸透鏡用于將目標氣體向第二透光窗口散射的拉曼散射光和反射鏡反射的拉曼散射光聚焦于聚焦點；光纖，用于接收并傳輸拉曼散射光；光譜成像子系統，用于基于接收到拉曼散射光，生成拉曼光譜，拉曼光譜用于檢測目標氣體的目標參數。本申請實施例，能夠提高氣體拉曼散射光的收集效率，并對收集到的氣體拉曼散射光進行分析。

技術研發人員：王紅球,張建紅,何彥雄,劉海輝,耿琳
受保護的技術使用者：北京鑒知技術有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28