[發(fā)明專利]基于波長調(diào)制的氣體吸收譜線線寬和線型系數(shù)的測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310253120.8
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103323115A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭志敏;丁艷軍;藍(lán)麗娟
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01J3/433
• 分類號: G01J3/433;G01N21/39
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.基于波長調(diào)制的氣體吸收譜線線寬和線型系數(shù)的測量方法，其特征是該方法包括如下步驟：

1)用流量計控制待測氣體的濃度X，用壓力傳感器(5)和溫度傳感器(6)分別測量氣體介質(zhì)的壓強(qiáng)P和溫度T；

2）根據(jù)待測氣體種類，從HITRAN光譜數(shù)據(jù)庫中選取待測氣體的特征譜線，確定氣體特征譜線的中心頻率υ₀、線強(qiáng)度S(T)、自身加寬系數(shù)γ_self和空氣加寬系數(shù)γ_air；

3)以可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(3)為光源，用激光控制器(2)控制可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(3)的輸出頻率穩(wěn)定在中心頻率υ₀處；

4)將鎖相放大器(1)產(chǎn)生的高頻正弦信號輸入到激光控制器(2)，以調(diào)制可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(3)的輸出頻率；

5)將可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(3)輸出的激光經(jīng)準(zhǔn)直后射入氣體介質(zhì)(10)中，透射光強(qiáng)由光電探測器(9)接收并轉(zhuǎn)換為電信號，再輸入到鎖相放大器(1)中進(jìn)行二次和四次諧波檢測，得到在特征譜線中心頻率υ₀處二次和四次諧波比值R₂₄：

式中，S_2f和S_4f分別是二次和四次諧波信號；a為調(diào)制幅度；θ∈[-π，π]；(υ)為氣體吸收線型函數(shù)，用福伊特線型函數(shù)表示，由線寬δ_V及線型系數(shù)ξ決定，線寬δ_V是特征譜線半高寬的一半，線型系數(shù)ξ∈[-1，1]；

6)從式(1)中看出，R₂₄僅與調(diào)制幅度a和氣體吸收線型函數(shù)有關(guān)；定義調(diào)制系數(shù)m=a/δ_V，對式(1)進(jìn)行仿真計算得到一組恒過定點的曲線簇：不管線型系數(shù)ξ如何變化，隨著調(diào)制系數(shù)m的增大，R₂₄值單調(diào)減小且恒過一個不動點O，O點的坐標(biāo)為：

m*=2.4926R24*=2.1865---(2)]]>

7)根據(jù)式(2)的不動點，在實驗中調(diào)節(jié)調(diào)制幅度a，使得R₂₄=R₂₄^*，則調(diào)制系數(shù)為m^*，根據(jù)調(diào)制系數(shù)的定義即得到特征譜線的線寬δ_V=a/m^*=a/2.4926；

8)對于同一次實驗，線寬不變，因此當(dāng)減小調(diào)制幅度a時，得到在較小調(diào)制系數(shù)m時的R₂₄，根據(jù)R₂₄與m的關(guān)系確定線型系數(shù)ξ。