[發(fā)明專利]一種光譜分析儀的譜型變化補(bǔ)償方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410659426.8
• 申請(qǐng)日: 2014-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN104374712A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季文海;劉運(yùn)席
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東羅納德分析儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 張貴賓

（一）????????技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜分析儀，具體涉及一種光譜分析儀的譜型變化補(bǔ)償方法及裝置。

（二）????????背景技術(shù)

光譜分析通常借助檢測分析物的發(fā)射光譜或吸收光譜。光譜的頻率和譜型由參與躍遷的初末振轉(zhuǎn)能級(jí)狀態(tài)決定。當(dāng)背景氣體的相對(duì)組份、溫度、壓強(qiáng)變化時(shí)，激發(fā)態(tài)分子（或原子）的壽命和中心頻率都會(huì)變化，從而導(dǎo)致待測物的光譜形狀發(fā)生變化，包括頻率移動(dòng)、壓力加寬（碰撞加寬）、多普勒加寬及它們的綜合加寬。從而導(dǎo)致待測分析物的濃度測量誤差，這些誤差是對(duì)于光譜類分析儀器準(zhǔn)確度的重大挑戰(zhàn)。這些應(yīng)用包括石油煉制、化工生產(chǎn)、天然氣勘探輸送、環(huán)保排放中痕量雜質(zhì)或主要成份的測量。痕量雜質(zhì)或主要成份包括水蒸氣、硫化氫、二氧化硫、其它硫化合物、一氧化氮、二氧化氮、其它氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳、氨氣、甲烷、乙炔、其它烴類、氯化氫、氟化氫及其它氫氟氯氧碳類。背景氣體包括空氣、天然氣、化工過程氣、高純工作氣。

對(duì)于上述應(yīng)用中譜型的變化，有多種方法可以對(duì)其造成的準(zhǔn)確性誤差進(jìn)行修正補(bǔ)償。方法之一，通過壓力調(diào)節(jié)和溫度穩(wěn)定維持采樣氣體的壓力和溫度，使之總處于與分析儀校準(zhǔn)時(shí)相同的狀態(tài)。方案之二，結(jié)合物理光學(xué)的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)操作的經(jīng)驗(yàn)修正，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法、氣壓溫度補(bǔ)償矩陣、高階多項(xiàng)式修正等方法，在溫度和壓強(qiáng)操作范圍內(nèi)進(jìn)行修正。方案之三，根據(jù)譜型的變化實(shí)時(shí)調(diào)整光源的驅(qū)動(dòng)參數(shù)，包括驅(qū)動(dòng)電流范圍、調(diào)制電流幅度、調(diào)制頻率和相位。方案之四，對(duì)有光譜結(jié)構(gòu)的氣體背景進(jìn)行主成份甄別分類，并確立相應(yīng)校準(zhǔn)方案，實(shí)時(shí)測量時(shí)根據(jù)不同的分類，應(yīng)用不同的校準(zhǔn)組別。方案之五，對(duì)于無調(diào)制的直接吸收光譜技術(shù)，當(dāng)背景組份在工作的波長范圍內(nèi)無光譜結(jié)構(gòu)時(shí)，在非飽和吸收的狀態(tài)（弱光功率）下，待測分析物的濃度與光譜吸收峰形狀的一部分或全部的積分面積建立線性關(guān)聯(lián)，該關(guān)聯(lián)不依賴于譜線的形狀本身，尤其是由于背景組份、氣體壓強(qiáng)變化所造成的譜型寬度變化也不受影響。

但是，上述方法都有不同的局限性。而這樣的補(bǔ)償對(duì)于基于調(diào)制吸收光譜技術(shù)的痕量氣體分析來講又是非常關(guān)鍵的。比如在中國城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)建議的對(duì)痕量硫化氫、水的測量標(biāo)準(zhǔn)，通常都在幾個(gè)ppm到幾十個(gè)ppm，然而天然氣的成份會(huì)因供應(yīng)源和提煉過程的不同，在很大的范圍內(nèi)變化。純天然氣以甲烷為主，甲烷摩爾體積濃度占到90%以上。油田伴生氣中甲烷摩爾體積濃度范圍變化從60％至90％;乙烷、丙烷、丁烷和高碳烷烴則可占到10%至40%。主體成份甲烷作為最輕的有機(jī)物具有對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)，其它組份的分子量都比甲烷大很多，分子結(jié)構(gòu)不一而足，所以對(duì)痕量雜質(zhì)目標(biāo)分析物的譜型變化影響很大。

（三）????????發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種光譜分析儀的譜型變化補(bǔ)償方法及裝置，它量化分析參考校驗(yàn)氣體測量的光強(qiáng)信息。從光譜分析儀的光源發(fā)出穿過已知路徑長度的參考校驗(yàn)氣體后到達(dá)檢測器，參考校驗(yàn)氣體包含已知濃度的目標(biāo)分析物和原態(tài)的背景組合物，該背景代表了分析儀所分析的過程測量采樣氣體的背景成份。比較參考校驗(yàn)氣體測量數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存在分光儀的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算濃度調(diào)整因子。使用濃度調(diào)節(jié)因子，修改分析儀對(duì)過程采樣氣體的測量結(jié)果，就可以補(bǔ)償該目標(biāo)分析物因背景成份變化造成的光譜譜型變化（包括碰撞增寬）。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：?

一種光譜分析儀的譜型變化補(bǔ)償方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

從光譜儀的光源發(fā)出的光通過一個(gè)已知路徑長度和含已知狀態(tài)參考校驗(yàn)氣體的氣室，到達(dá)檢測器，其中參考校驗(yàn)氣體含有已知濃度的目標(biāo)分析物，其背景成份或與過程測量采樣氣體的背景相同，然后通過對(duì)參考校驗(yàn)氣體的定時(shí)測量數(shù)據(jù)與校準(zhǔn)時(shí)存儲(chǔ)的參考?xì)馐覕?shù)據(jù)比對(duì)，分析儀計(jì)算出濃度調(diào)整因子，其濃度調(diào)節(jié)因子用于修改過程樣品的測量結(jié)果，以補(bǔ)償采樣氣體中的背景成份和狀態(tài)的變化而造成的光譜譜型的變化。

本發(fā)明的光譜分析儀的譜型變化補(bǔ)償方法，包括以下步驟：發(fā)自分析儀的第一束光，穿過第一個(gè)已知路徑的充滿參考校驗(yàn)氣體的氣室，到達(dá)分析儀的檢測器，量化分析透射光得到參考校驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考校驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析儀存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較以計(jì)算濃度調(diào)整因子。第二束光，發(fā)自分析儀的同一光源，穿過第二個(gè)已知路徑的充滿過程采樣氣體的氣室，到達(dá)分析儀的同一檢測器，其路徑可以包括第一個(gè)已知的路徑全部、部分或不包括，然后，用濃度調(diào)節(jié)因子來修改實(shí)時(shí)采樣氣體的測量結(jié)果，補(bǔ)償采樣氣體中的一種或多種目標(biāo)分析物由背景變化而引起的譜型變化。