本技術(shù)涉及氫氣檢測設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)及檢測裝置。

背景技術(shù)：

1、目前工業(yè)制氫技術(shù)所產(chǎn)生氫氣不可避免的會(huì)包含雜質(zhì)，如總硫、一氧化碳、甲醛、二氧化碳、總烴、氨、水、氯氣等等。對于諸多使用氫氣的場景，如燃料電池，所用氫氣的純度和所含雜質(zhì)的種類及含量直接影響場景工作效果，生產(chǎn)中需要根據(jù)不同雜質(zhì)的限量要求對氫氣品質(zhì)的監(jiān)控。

2、表面增強(qiáng)拉曼散射(sers)是指在特殊制備的一些金屬良導(dǎo)體表面或溶膠中,在激發(fā)區(qū)域內(nèi),由于樣品表面或近表面的電磁場的增強(qiáng)導(dǎo)致吸附分子的拉曼散射信號(hào)比普通拉曼散射(nrs)信號(hào)大大增強(qiáng)的現(xiàn)象。表面增強(qiáng)拉曼散射能無損分析且樣品低損耗的手段,近年來在傳感器領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。目前，表面增強(qiáng)拉曼散射(sers)常用于生物檢測,材料結(jié)構(gòu)的表征以及對小分子,蛋白質(zhì)等物質(zhì)的定量,定性分析檢測。通過氣體中不同雜質(zhì)的拉曼散熱譜線理論上可以定量的痕量氫氣中的雜質(zhì)含量種類。準(zhǔn)確痕量的前提是檢測激光無異常，現(xiàn)有的小型的sers檢測裝置缺乏對激光情況的監(jiān)測，導(dǎo)致測量結(jié)果可信度差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)及檢測裝置。

2、本實(shí)用新型提供一種基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，包括：

3、控制單元，所述控制單元電連接激光控制電路，所述激光控制電路電連接激光器和出射光模塊；

4、所述出射光模塊包括：由激光控制電路驅(qū)動(dòng)的激光器快門、設(shè)置于光路上的窄帶濾光鏡、半波片、偏振分光鏡，所述半波片設(shè)置于支持360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)座，所述轉(zhuǎn)動(dòng)座由激光控制電路驅(qū)動(dòng)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)座的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以控制光的偏振方向，所述偏振分光鏡將光分為兩路，其中一路經(jīng)光束吸收器吸收，另一路光途經(jīng)光束采樣器，光束采樣器將光采樣給激光控制電路的激光功率器，通過光束采樣器的光經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束后照向物鏡，光經(jīng)物鏡照射進(jìn)檢測腔；所述檢測腔上連接光接收模塊，所述光接收模塊包括瑞利散射濾光鏡，所述瑞利散射濾光鏡濾光后的光經(jīng)狹縫照射向用于分光的光柵，所述光柵將分光后的光譜照向所述ccd檢測模塊,所述ccd檢測模塊連接控制單元。

5、更進(jìn)一步地，所述擴(kuò)束器和所述物鏡之間設(shè)置二向分色鏡，所述二向分色鏡將光分為兩路，其中一路經(jīng)反射鏡反射給用于檢測光束情況的相機(jī)，另一路射向所述物鏡，所述相機(jī)通過總線連接所述控制單元。

6、更進(jìn)一步地，所述激光器采用復(fù)合激光器，多個(gè)所述窄帶濾光鏡設(shè)置于轉(zhuǎn)盤式光具座上，所述轉(zhuǎn)盤式光具座連接所述控制單元。

7、更進(jìn)一步地，所述控制單元電連接顯示器。

8、更進(jìn)一步地，所述ccd檢測模塊包括：ccd陣列和ccd外圍驅(qū)動(dòng)電路，其中所述ccd外圍驅(qū)動(dòng)電路包括：采集ccd陣列信號(hào)的放大電路、濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，為所述ccd陣列和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路提供時(shí)鐘信號(hào)和為所述ccd陣列提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的cpld，為所述ccd陣列、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和所述cpld供電以及為所述ccd陣列提供參考電壓的多級供電電路，所述cpld連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出，所述cpld連接所述控制單元。

9、本實(shí)用新型提供一種基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量的檢測裝置，應(yīng)用所述的基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，包括：檢測腔內(nèi)設(shè)置能夠吸附氫氣且增強(qiáng)拉曼散射的氫敏sers復(fù)合襯底；所述檢測腔經(jīng)設(shè)置第一電子閥門的管路連接負(fù)壓泵，所述所述檢測腔的進(jìn)氣通道經(jīng)設(shè)置第二電子閥門的管路連接進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口設(shè)置過濾器，所述檢測腔內(nèi)設(shè)置氣壓傳感器，所述負(fù)壓泵、所述氣壓傳感器、所述第一電子閥門和所述第二電子閥門連接所述控制單元。

10、更進(jìn)一步地，所述氫敏sers復(fù)合襯底包括孔隙率大于90％、平均孔徑為50-100nm的三維碳管結(jié)構(gòu)，形成三維碳管結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜的厚度為20-40μm、密度為0.5-1g/cm3。

11、更進(jìn)一步地，三維碳管結(jié)構(gòu)中設(shè)置形狀包括：球型、殼型、桿型、片型、籠型、星型、盤型、框型和花型中的任意一種或幾種的用于促進(jìn)sers的貴金屬納米顆粒。

12、更進(jìn)一步地，所述檢測腔外設(shè)置恒溫機(jī)構(gòu)，所述檢測腔內(nèi)設(shè)置溫度傳感器，所述恒溫機(jī)構(gòu)采用半導(dǎo)體制冷器，所述恒溫機(jī)構(gòu)和所述溫度傳感器電連接所述控制單元。

13、更進(jìn)一步地，所述激光器處設(shè)置散熱翅片，所述散熱翅片延伸至出氣通道中，所述負(fù)壓泵的出氣口接通所述出氣通道，所述出氣通道中設(shè)置有散熱扇。

14、本實(shí)用新型實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

15、本實(shí)用新型中，窄帶濾光鏡能夠有效的篩選激光波長，使得進(jìn)行檢測的激光波長穩(wěn)定，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確。本申請出射光模塊中半波片、偏振分光鏡、光束采樣器和激光功率器配合，能夠有效的監(jiān)控進(jìn)行檢測激光的功率并通過調(diào)整半波片調(diào)整功率以滿足測試需求。通過激光功率檢測，實(shí)現(xiàn)對檢測激光的監(jiān)視，能夠確定激光正常情況下進(jìn)行氣體檢測。本申請光接收模塊中設(shè)置瑞利散射濾光鏡，能夠有效避免發(fā)生的瑞利散射對測量結(jié)果的影響，提高測量準(zhǔn)確性。

16、本實(shí)用新型中，二向分色鏡和相機(jī)的配合支持對光線光斑進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對檢測激光的監(jiān)視，能夠確定激光正常情況下進(jìn)行氣體檢測。

17、本實(shí)用新型的檢測腔支持抽真空，能夠在減少持續(xù)通待檢測氣的情況下避免空氣對檢測結(jié)果的影響，避免待檢測氣的浪費(fèi)，提高測量準(zhǔn)確性。

18、本實(shí)用新型中，釋放出的待檢測氣參與到散熱，能夠提高散熱效率。

19、本實(shí)用新型將貴金屬納米顆粒沉積到三維碳管襯底，形成所述復(fù)合襯底。三維碳管襯底高孔隙率和相對穩(wěn)定的孔徑提供了氫敏sers復(fù)合襯底的吸附性，一方面吸附性增強(qiáng)貴金屬納米顆粒與三維碳管襯底之間的結(jié)合性，使形成的氫敏sers復(fù)合襯底更加穩(wěn)定；另一方面能夠有效地吸附氣體，使得三維碳管襯底上沉積的貴金屬納米顆粒充分與氣體分子接觸增強(qiáng)氣體分子的拉曼散射，產(chǎn)生sers現(xiàn)象，提高基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)的靈敏性。

20、本實(shí)用新型中，通過復(fù)合激光器、多個(gè)窄帶濾光鏡和轉(zhuǎn)盤式光具座的配合，支持選擇不同波長的檢測激光，普適性更強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：控制單元(1)，所述控制單元(1)電連接激光控制電路(2)，所述激光控制電路(2)電連接激光器(3)和出射光模塊(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擴(kuò)束器(46)和所述物鏡(47)之間設(shè)置二向分色鏡(49)，所述二向分色鏡(49)將光分為兩路，其中一路傳輸給用于檢測光束情況的相機(jī)，另一路射向所述物鏡，所述相機(jī)通過總線連接所述控制單元(1)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述激光器(3)采用復(fù)合激光器，多個(gè)所述窄帶濾光鏡(42)設(shè)置于轉(zhuǎn)盤式光具座上，所述轉(zhuǎn)盤式光具座連接所述控制單元(1)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述控制單元電連接顯示器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述ccd檢測模塊(7)包括：ccd陣列和ccd外圍驅(qū)動(dòng)電路，其中所述ccd外圍驅(qū)動(dòng)電路包括：采集ccd陣列信號(hào)的放大電路、濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，為所述ccd陣列和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路提供時(shí)鐘信號(hào)和為所述ccd陣列提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的cpld，為所述ccd陣列、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和所述cpld供電以及為所述ccd陣列提供參考電壓的多級供電電路，所述cpld連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出，所述cpld連接所述控制單元(1)。

6.一種基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量的檢測裝置，應(yīng)用權(quán)利要求1-5任一所述的基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：檢測腔(5)內(nèi)設(shè)置能夠吸附氫氣且增強(qiáng)拉曼散射的氫敏sers復(fù)合襯底(8)，所述檢測腔(5)經(jīng)設(shè)置第一電子閥門的管路連接負(fù)壓泵(9)，所述檢測腔(5)的進(jìn)氣通道經(jīng)設(shè)置第二電子閥門的管路連接進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口設(shè)置過濾器，所述檢測腔(5)內(nèi)設(shè)置氣壓傳感器，所述負(fù)壓泵(9)、所述氣壓傳感器、所述第一電子閥門和所述第二電子閥門連接控制單元(1)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量的檢測裝置，其特征在于，所述氫敏sers復(fù)合襯底(8)包括孔隙率大于90％、平均孔徑為50-100nm的三維碳管結(jié)構(gòu)，形成三維碳管結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜的厚度為20-40μm、密度為0.5-1g/cm3。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量的檢測裝置，其特征在于，三維碳管結(jié)構(gòu)中設(shè)置形狀包括：球型、殼型、桿型、片型、籠型、星型、盤型、框型和花型中的任意一種或幾種的用于促進(jìn)sers的貴金屬納米顆粒。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量的檢測裝置，其特征在于，所述檢測腔(5)外設(shè)置恒溫機(jī)構(gòu)，所述檢測腔(5)內(nèi)設(shè)置溫度傳感器，所述恒溫機(jī)構(gòu)采用半導(dǎo)體制冷器，所述恒溫機(jī)構(gòu)和所述溫度傳感器電連接所述控制單元。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于sers的氫氣雜質(zhì)痕量的檢測裝置，其特征在于，激光器(3)處設(shè)置散熱翅片，所述散熱翅片延伸至出氣通道中，所述負(fù)壓泵(9)的出氣口接通所述出氣通道，所述出氣通道中設(shè)置有散熱扇。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及支持激光監(jiān)測的一種基于SERS的氫氣雜質(zhì)痕量檢測的光控結(jié)構(gòu)及檢測裝置，本申請中控制單元電連接激光控制電路，激光控制電路電連接激光器和出射光模塊；出射光模塊包括：激光器快門、窄帶濾光鏡、半波片、偏振分光鏡，半波片設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)座，轉(zhuǎn)動(dòng)座由激光控制電路驅(qū)動(dòng)，偏振分光鏡將光分為兩路，其中一路經(jīng)光束吸收器吸收，另一路光途經(jīng)光束采樣器，光束采樣器將光采樣給激光控制電路的激光功率器，通過光束采樣器的光經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束后照向物鏡，進(jìn)而射進(jìn)設(shè)置氫敏SERS復(fù)合襯底的檢測腔；檢測腔上連接光接收模塊，光接收模塊包括瑞利散射濾光鏡、狹縫和光柵，光柵將分光后的光譜照向CCD檢測模塊,CCD檢測模塊連接控制單元。

技術(shù)研發(fā)人員：苗乃乾,張真,辛文波,張蕾蕾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東氫谷新能源技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：20240105
技術(shù)公布日：2024/10/21