[發明專利]用于測量在測試氣體中的氣體成分的濃度的方法

有效

• 申請號: 201410523029.8
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104515746B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 拉爾夫·比特;托馬斯·漢凱維奇;克里斯托弗·沃爾夫岡·馬夸特;揚·奈格倫;凱-烏韋·普萊班;弗朗茨·施泰因巴赫爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種用于借助氣體分析儀測量測試氣體中的氣體成分濃度的方法，其中

-為了與波長相關地掃描氣體成分的感興趣的吸收譜線，波長能調諧的光源的光的波長在周期性依次連續的掃描區間之中改變并且在此附加地利用頻率調制該波長，

-經過調制的光引導穿過測試氣體到探測器上，

-在該頻率的諧波振蕩中解調由探測器產生的測量信號，并且

-通過將額定曲線擬合到解調的測量信號的變化曲線上產生測量結果。

背景技術

由EP?1?475?618?B1中已知這種方法。

在已知方法中，激光二極管的形式的波長能調諧的光源產生紅外波段中的光，所述光引導穿過待測量的過程氣體(測試氣體)并且隨后探測所述光。光的波長調諧到相應的待測量的氣體成分的特殊吸收譜線上，其中周期性地與波長相關地掃描吸收譜線。為此，在周期性依次連續的掃描區間內利用斜面或三角形電流信號操控激光二極管。在較慢的掃描吸收譜線期間，附加地利用高頻率和小的振幅正弦地調制所產生的光的波長。因為吸收譜線的輪廓不是線性的，在探測中獲得的測量信號中也產生在調制頻率之上的諧波。通常在n次諧波振蕩中、優選地在二次諧波中通過相位敏感的鎖定(Lock-in)技術解調測量信號，并且為每個掃描區間分析出一個測量結果。在小調制振幅時，n次諧波的探測直接與直接測量信號的n階導數成比例。該分析例如通過將理想情況中的解調測量信號的應出現的變化曲線(額定曲線)擬合(Curve-Fitting曲線擬合)到其實際變化曲線(實際曲線)上來實現。最后，由此時獲得的測量結果確定了待測氣體成分的濃度。

氣體分析儀之中的溫度改變能夠導致測量結果的改變。這種稱為偏移(Drift)的氣體分析儀特性限制了其測量表現并且決定性地限制了待實現的應用。偏移的原因可能在于光路中的其他標準器中。這在解調的測量信號的變化曲線中導致了周期性的結構，其位于應產生的吸收信號的頻率區域中。在曲線擬合中，這導致了錯誤擬合的函數以及在待測氣體成分的測定濃度和實際濃度之間的偏差。

為了抑制這些干擾信號部分，由前面所述的EP?1?475?618?B1中已知，由光源產生的光的一部分直接引導到監視探測器上，并且在n次諧波振蕩中解調和分析所獲得的監視信號。解調的監視信號與零線的每個偏差都基于光學干擾，只要該光學干擾位于光源的區域中或者在光路的由測量和檢測信道共同使用的部段中，其也妨礙了測量信號。通過附加地利用n次諧波振蕩調制光的波長，借助預矯正光源的控制來補償該干擾，其中調制強度取決于解調的監視信號。

然而，所產生的光的部分脫耦到監視探測器上導致了增長了的結構上的和電路技術上的花費，其隨著更高的干擾靈敏度而出現。此外，沒有補償在測量監視信道的共同部段之外出現的測量信號的干擾。

從EP?2?336?738?A1或EP?1?927?831?A1中已知，例如通過光源的機械震蕩來改變光學路徑長，并且從解調的測量信號中算出周期性的干擾性結構。但是，由此僅能減少確定的、由并聯的光學表面在光路中產生的干涉干擾被減少。

發明內容

本發明基于以下目的，減少由氣體分析儀中的干擾影響例如溫度改變產生的測量結果中的改變。

根據本發明，該目的由此實現，即在前面所述類型的方法中

-提供與額定曲線正交的函數，以及通過將正交函數擬合到解調的測量信號變化曲線上產生測量結果的正交分量，

-為了測量校準，在已知的待測氣體成分的濃度中改變干擾參數并且此時測定誤差，該誤差由同相分量和正交分量構成，同向分量的形式是在所獲得的測量結果和額定測量結果之間的差值，其中還測定在誤差的同相分量和其正交分量之間的關聯，并且

-在測量測試氣體成分的未知濃度時，利用同向分量校正此時獲得的測量結果，同向分量根據在測量校準時測定的關聯由同樣獲得的正交分量來確定。

與額定曲線、即與理想情況中應出現的解調的測量信號變化曲線正交的函數，基于其正交特性而不與待測吸收譜線(確切地說是其解調頻率分量的變化曲線)的形狀相關。替代地，正交函數與干擾信號的正交分量相關，正交分量的同相分量在其方面直接顯現為測量信號中的干擾信號部分。