[發明專利]一種用于物質濃度測量的標定系統及物質濃度的測量方法

有效

• 申請號: 201410223630.5
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104034675A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 張玉銀;李世琰;林柏洋
• 申請（專利權）人: 平湖瓦愛樂發動機測試技術有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/64
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 魏亮

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，具體涉及一種用于物質濃度測量的標定系統及物質濃度的測量方法。

背景技術

近年來，光學測量技術以其無接觸、瞬態測量等優點在各個領域中迅速發展。在光學測試中，物質的濃度測量技術需求最為普遍并受到廣泛關注。在基于光學測試技術測量物質濃度的技術中，激光誘導熒光技術及兩波長吸收與散射技術應用最為廣泛。激光誘導熒光技術是采用檢測激光照射被測物后產生熒光，在一定條件下，熒光強度和物質濃度基本成正比關系，由此通過檢測熒光信號強度獲得物質的濃度信息。基于兩波長激光吸收與散射技術是激光發出兩個特定波長照射被測物后，根據檢測物質對不同波長的吸光度和因顆粒散射而消光的程度獲得物質濃度的方法。雖然兩種測量方法可以直接定性地獲得被測物濃度，但想獲得定量的結果則必須通過標定才能實現。由于光學測試的精密性要求，為了確保標定的可靠性，就需要精準地獲得不同測試條件下已知濃度的均勻濃度分布，所以標定環節往往是濃度測量過程中最為復雜且精度要求最高的環節。通常，對物質濃度的標定過程是通過將微量被測物質注入透明容器，通過加熱使其蒸發，然后利用激光誘導熒光技術或者兩波長的吸收與散射技術檢測不同環境溫度或者壓力下物質濃度與檢測信號的關系，從而獲得物質定量的濃度結果。然而，上述的標定過程存在許多難點：1)所需的被測物濃度往往是微量的，在常規容器中很難準確地加入微量的被測物并準確控制測試容器內被測物的濃度；2)被測物在常溫常壓下通常是液態，而在測量時一般是高溫高壓下，很難保證被測物在測試區域內充分蒸發且濃度分布均勻；3)加熱時可能會導致局部溫度過高或過低，溫度過高會導致被測物高溫分解，而局部低溫會使被測物在壁面上凝結，從而導致測量濃度不準確；4)由于激光誘導熒光技術及兩波長吸收與散射技術中，被測物檢測信號強度與測試區域的溫度、壓力、濃度等相關，常規測試系統很難實現溫度、壓力、濃度等物理量的獨立變化；5)在測試容器中往往存在氧氣，這會導致激光誘導熒光測試信號的淬滅，同時在高溫高壓情況下，如果容器中含有鉻、鐵等成分往往會導致被測物的催化氧化，影響測量結果；6)當被測物濃度較高時，常規測試容器的光路長度很難自由調節，過長的光路長度會使被測物對激光的吸收達到飽和狀態從而導致透射激光強度過弱，結果使信號強度與濃度的線性關系發生嚴重偏離，大大降低測量的準確性。

專利號為201210579167.9的中國專利公開了一種平面激光誘導熒光混藥濃度場在線測量方法，它利用激光誘導熒光技術解決了混藥濃度場的在線實時測量且涉及到測量的標定過程，但該專利未考慮以下幾點內容：1.藥物混合過程過于簡單，無法保證測試區域濃度均勻，更無法實現可靠地標定過程；2.熒光在有氧情況下會產生熒光測試信號的淬滅，不利于定量測量；3.如果藥物濃度較高，由于光路長度無法改變，會導致被測物對光的吸收達到過飽和狀態，影響測試結果，同時該方法只限于常溫常壓下的特定的光學測試技術使用，不具有普適性。國外相關測量絕大多數同樣只限于激光誘導熒光技術，而不適合兩波長吸收與散射技術。另外，公開號為6603555的美國專利公開了Gas?detecting?apparatus?using?laser?absorption?spectroscopy，它可以測量氣體的吸光度，但其只能在常溫常壓的環境內測量，且無法實現準確的標定過程。為此，我們針對在高溫高壓條件下采用多種光學測試手段對物質濃度測試及標定所面臨的問題發明了該專利。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種用于物質濃度測量的標定系統，是一種可按測試要求在設定的溫度和壓力環境下產生、保持一定的物質濃度并保證均勻性的系統，以便于用激光誘導熒光法、激光吸收與散射法等多種光學測試方法對其實現定量測量，獲得不同環境溫度及壓力下物質的濃度與光學信號強度的關系，還提供了一種物質濃度的測量方法。