[發明專利]一種氣體近紅外光譜分析檢測方法

無效

• 申請號: 200810088385.6
• 申請日: 2008-04-03
• 公開（公告）號: CN101251481A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 胡勇堅;程小輝
• 申請（專利權）人: 桂林工學院
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣體檢測的近紅外光譜檢測方法，這種方法可應用于檢測氣體的近紅外光纖智能傳感器

背景技術

由于氣體分子對輻射光波的吸收具有選擇性，特定的氣體吸收特定波長的光波，大多數氣體在近紅外區有特殊的吸收譜，且氣體對光的吸收程度與其濃度有關，因此，近紅外光(near?infrared?ray：NIR)被用來作為氣體物質的定性和定量分析，這就是光譜分析。NIR光譜分析儀按其光源分有濾光片型、LED型，光柵色散型、傅里葉變換型，聲光可調濾光型和陣列檢測器型儀器，以及基于DFB激光器的近紅外光纖傳感器。近紅外氣體光譜分析儀無不是基于氣體吸收的朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。朗伯比爾定律描述如下：

當紅外光通過待測氣體時，這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收，光強在氣體介質中隨濃度c及光穿過氣體光程L按指數規律衰減。吸收系數取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數α(λ)互不相同。朗伯比爾定律用公式表示為：

I(λ)＝I₀(λ)exp[-α(λ)CL]

其中I₀(λ)為測量氣室的入射光光強，I(λ)為穿過氣體的出射光強。利用朗伯比爾公式，直接或間接測量I(λ)可以計算出氣體的濃度。

這種測量方法有以下不足：1.研究實驗發現朗伯比爾系數隨被測氣體的氣壓變化，壓強越大吸收系數越大；2.當氣體壓強變化時，由于吸收系數變化，測量的結果也會變化，吸收系數變化的曲線是連續的，因此針對實際的應用處理數據需要無數個吸收系數。在實際應用中這是難以精確實現的，故這種方法在壓強變化時誤差很大。

發明內容

本發明的目的在于提供精確、性能可靠、適應于各種氣壓下的氣體近紅外光譜分析方法，這種方法可以用來指導設計制造各種近紅外氣體傳感器。這種方法包括兩個方面的創新，其一為近紅外光譜分析的數據處理算法，其二為測量數據的硬件方法，數據處理算法與硬件方法相結合，數據處理算法的硬件實現。

其一：數據處理算法

本發明根據實驗研究的發現對NIR光譜分析的數據處理算法進行了修正，即用一個普適于各種氣壓的常數H(λ)取代朗伯比爾系數α(λ)，用分子的密集度n/V來取代氣體濃度(n為測量氣室里氣體的摩爾數，V為測量氣室的體積)，數據的計算公式(C-H公式)為：

I(λ)=I0(λ)exp[-H(λ)nVL]---(1)]]>

其中I₀(λ)為測量氣室的入射光光強，I(λ)為穿過氣體的出射光強，H(λ)為與氣體及近紅外光波長相關的一個常數，L為光穿過氣體光程。氣體壓強影響分子的密集度，密度越大，則吸收越強。分子的密集度是與分子的摩爾數和氣體的體積相關，壓強是通過影響分子的密集度間接影響氣體對光的吸收的，因此H(λ)與氣壓不直接相關聯，在不同的氣壓下是恒定常數。根據這個常數可計算被測氣體的分子密集度，再根據理想氣體狀態方程：PV＝nRT計算氣體的濃度。

其二：測量數據的硬件方法