Tdlas氣體檢測(cè)系統(tǒng)的自校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)的自校準(zhǔn)方法，是根據(jù)Beer-Lambert定律的計(jì)算公式，按照氣體吸收光譜產(chǎn)生目標(biāo)氣體頻率對(duì)應(yīng)的第一入射激光，將第一入射激光輸入到光路切換裝置，第一入射激光經(jīng)光路切換裝置進(jìn)入指定標(biāo)準(zhǔn)氣室，經(jīng)過指定標(biāo)準(zhǔn)氣室中的目標(biāo)氣體吸收后得到第一透射激光；第一透射激光進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，獲得第一透射激光振幅的數(shù)字電信號(hào)；并據(jù)此計(jì)算第一入射激光的光強(qiáng)值I01和第一透射激光的光強(qiáng)值It1；以上述兩光強(qiáng)值為基準(zhǔn)，引入已知的標(biāo)準(zhǔn)氣室中的氣體含量C0，反演目標(biāo)氣體濃度的計(jì)算系數(shù)α·L1，即TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)所使用的氣體吸收系數(shù)α與標(biāo)準(zhǔn)氣室長(zhǎng)度L1的乘積。該方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)中目標(biāo)氣體的計(jì)算系數(shù)α·L1。
【專利說明】TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)的自校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)屬于氣體濃度測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)的自校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為用于測(cè)量氣體濃度的一個(gè)方法，TDLAS(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy,可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜)測(cè)量法是一種光檢測(cè)器和其它元件不與被分析氣體相接觸的非接觸式測(cè)量法。由于具有高光譜分辨率、高靈敏度和環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，該測(cè)量法得到了廣泛的應(yīng)用。在激光穿過待測(cè)氣體時(shí)，待測(cè)氣體濃度可通過Beer-Lambert定律計(jì)算公式描述為
[0003]
【權(quán)利要求】
1.一種TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)的自校準(zhǔn)方法，應(yīng)用于一種TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)包括激光發(fā)出與轉(zhuǎn)換接收部分、測(cè)試和分析裝置、光路切換裝置、以及至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣室；其中，每個(gè)所述標(biāo)準(zhǔn)氣室內(nèi)均充滿一種目標(biāo)氣體；在自校準(zhǔn)所述檢測(cè)系統(tǒng)中目標(biāo)氣體濃度的計(jì)算系數(shù)α.L1時(shí)，所采用的方法包括以下步驟: 接收檢測(cè)指定標(biāo)準(zhǔn)氣室中目標(biāo)氣體濃度的指令；調(diào)整所述光路切換裝置與所述指定標(biāo)準(zhǔn)氣室光路連通； 根據(jù)氣體吸收光譜，確定目標(biāo)氣體吸收峰的中心位置，產(chǎn)生與目標(biāo)氣體吸收峰的中心位置對(duì)應(yīng)的第一入射激光； 將所述第一入射激光輸入到所述光路切換裝置，所述第一入射激光經(jīng)所述光路切換裝置進(jìn)入所述指定標(biāo)準(zhǔn)氣室，經(jīng)過指定標(biāo)準(zhǔn)氣室中的目標(biāo)氣體吸收后得到第一透射激光； 將所述第一透射激光進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，獲得所述第一透射激光振幅的數(shù)字電信號(hào)； 根據(jù)所述第一透射激光振幅的數(shù)字電信號(hào)，獲得第一透射激光的光功率-電流實(shí)際曲線；進(jìn)而獲得所述目標(biāo)氣體的吸收曲線，根據(jù)吸收曲線得到吸收峰的中心位置對(duì)應(yīng)的電流點(diǎn)，分別 獲得所述電流點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的第一入射激光的入射光強(qiáng)值Itll和第一透射激光的透射光強(qiáng)Itl ; 以所述第一入射激光的光強(qiáng)值Icu以及第一透射激光的光強(qiáng)值Itl為基準(zhǔn)，引入已知的標(biāo)準(zhǔn)氣室中的氣體含量Cci,根據(jù)比爾-蘭伯特(Beer-Lambert)定律,反演自校準(zhǔn)所述檢測(cè)系統(tǒng)中的目標(biāo)氣體濃度的計(jì)算系數(shù)α.Ι^。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，應(yīng)用該方法的TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)還包括至少一個(gè)的測(cè)量氣室，測(cè)量氣室連接于所述光路切換裝置的出射端，所述方法還包括測(cè)量指定的測(cè)量氣室中目標(biāo)氣體濃度的步驟:在保存所述TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于所述目標(biāo)氣體濃度的計(jì)算系數(shù)α.L1后， 調(diào)整所述光路切換裝置與所述測(cè)量氣室光路連通； 按照氣體吸收光譜，確定目標(biāo)氣體吸收峰的中心位置，產(chǎn)生與目標(biāo)氣體吸收峰的中心位置對(duì)應(yīng)的第二入射激光； 將所述第二入射激光輸入到所述光路切換裝置，所述第二入射激光經(jīng)所述光路切換裝置進(jìn)入所述測(cè)量氣室，經(jīng)過測(cè)量氣室中的目標(biāo)氣體吸收后得到第二透射激光； 將所述第二透射激光進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，獲得第二透射激光振幅的數(shù)字電信號(hào)； 根據(jù)所述第二透射激光振幅的數(shù)字電信號(hào)，獲得第二透射激光的光功率-電流實(shí)際曲線；進(jìn)而獲得所述目標(biāo)氣體的吸收曲線，根據(jù)吸收曲線得到吸收峰的中心位置對(duì)應(yīng)的電流點(diǎn)，分別獲得所述電流點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的第二入射激光的光強(qiáng)Itl2和第二透射激光的光強(qiáng)It2，帶入已知的a ^L1，根據(jù)比爾-蘭伯特(Beer-Lambert)定律，反演獲得所述測(cè)量氣室中目標(biāo)氣體的濃度值C2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，所述光路切換裝置包括多路切換器或光開關(guān)陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，所述測(cè)試和分析裝置包括計(jì)算機(jī)裝置或嵌入式系統(tǒng)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，所述激光發(fā)出與轉(zhuǎn)換接收部分，包括鎖相放大裝置、模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、一個(gè)或多個(gè)的激光器裝置、分別與各所述激光器裝置對(duì)應(yīng)的環(huán)形器裝置、以及分別與各所述激光器裝置對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置； 所述激光器裝置根據(jù)來自所述測(cè)試和分析裝置的指令分別產(chǎn)生指定頻率的入射激光; 所述環(huán)形器裝置將激光器產(chǎn)生的所述入射激光輸入到所述光路切換裝置后，將接收到的反射回的透射激光投射到對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置； 所述光電轉(zhuǎn)換裝置，將接收到的所述透射激光進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換； 所述鎖相放大裝置，在接收到所述光電轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換得到的模擬電信號(hào)后，解調(diào)得到所述模擬電信號(hào)的諧波振幅信息； 所述模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，將所述諧波振幅信息經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出至所述測(cè)試和分析裝置。
6.根據(jù)權(quán) 利要求5所述方法，其特征在于，將所述透射激光轉(zhuǎn)換后，獲得所述透射激光振幅的數(shù)字電信號(hào)的步驟，具體包括: 利用所述光電轉(zhuǎn)換裝置將接收到的所述透射激光進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，獲得所述透射激光模擬電信號(hào)； 利用所述鎖相放大裝置對(duì)所述透射激光模擬電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，獲得所述模擬電信號(hào)的諧波振幅信息； 利用所述模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所述諧波振幅信息進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得所述透射激光的數(shù)字電信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK103969203SQ201410206086
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】周笑春 申請(qǐng)人:北京龍?jiān)葱朗⒖萍加邢薰?br>