[發明專利]基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法

有效

• 申請號: 201510067664.4
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104655576B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王言
• 申請（專利權）人: 上海安允科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A：向被測量氣體所在的被測量空間區域發射脈沖激光；

步驟B：持續測量得到所述脈沖激光的后向散射回光數據，其中，所述后向散射回光數據包括：非吸收特征譜線回光強度、吸收特征譜線回光強度；

步驟C：根據非吸收特征譜線中一譜線A的回光強度，獲取大氣環境散射回光特性的基本參數，作為吸收特征譜線回光強度由于大氣散射導致的強度衰減因子的補償參數；

步驟D：利用所述補償參數對吸收特征譜線回光強度進行補償；

步驟E：根據非吸收特征譜線回光強度以及補償后的吸收特征譜線回光強度，獲得被測量氣體的如下任一種或任多種數據：

-種類；

-濃度；

-空域擴散分布特性；

-傳輸路徑空間分布特性；

所述步驟E，包括如下步驟：

根據如下公式計算得到被測量氣體的散射強度系數α、被測量氣體的吸收強度系數γ(λ)：

I₁＝I₀{exp(-αL)-exp[-α(L+Δ)]}exp(-αL) 式1)

I₂＝I₀{exp[-(α+γ(λ))L]-exp[-(α+γ(λ))(L+Δ)]}exp[-(α+γ(λ))L] 式2)

L＝ct/2 式3)

其中，I₁為非吸收特征譜線回光強度，I₂為補償后的吸收特征譜線回光強度，I₀為脈沖激光強度，α為被測量氣體的散射強度系數，L為脈沖激光的傳輸距離，Δ為傳輸路徑上的采樣間隔，γ(λ)為被測量氣體在吸收特征譜線λ處的吸收強度系數，c為光速，t為從脈沖激光發射到回光測量的時間間隔；

根據如下公式計算得到被測量氣體濃度N：

N＝γ(λ)/τ 式4)

其中，τ為單位濃度被測量氣體吸收系數，N為被測量氣體濃度。

2.根據權利要求1所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，脈沖激光為采用數十mJ、脈沖寬度不超過100ns、譜寬大于1μm以上的寬光譜脈沖激光。

3.根據權利要求1所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，所述步驟E，包括如下步驟：

步驟i：根據吸收特征譜線回光強度的變化特性，獲取被測量氣體的空域擴散分布特性。

4.根據權利要求3所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，所述脈沖激光的發射源通過機動平臺機動運輸，且所述脈沖激光的發射方向不變；持續測量得到所述脈沖激光的后向散射回光數據，以獲取對應于機動平臺運輸軌跡的多個后向散射回光數據；

所述步驟i包括如下步驟：

步驟i1：將機動平臺的運輸軌跡中的多個位置點與相應位置點處所獲取后向散射回光數據一一對應，獲得空域內氣體的空域擴散分布特性。

5.根據權利要求1所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，所述步驟E，包括如下步驟：

步驟I：根據吸收特征譜線回光強度的時間特性，計算被測量氣體在傳輸路徑空間分布特性。

6.根據權利要求5所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，所述步驟I包括如下步驟：

步驟I1：以激光脈沖發射時間為時間軸原點，將測量獲得的單脈沖激光的吸收特征譜線回光強度對應到時間軸上；

步驟I2：在時間軸上進行吸收特征譜線回光強度抽樣，獲得與各抽樣時間點對應的吸收特征譜線回光強度；

步驟I3：根據光速和抽樣時間計算獲得各抽樣時間點對應的脈沖激光的后向散射回光的傳輸距離；

步驟I4：將各抽樣時間點對應的吸收特征譜線回光強度與傳輸距離一一對應，獲得被測量氣體在傳輸路徑空間分布特性。

7.根據權利要求1所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，通過設置有窄帶濾光片的單元探測器獲取所述后向散射回光數據。

8.根據權利要求1所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，所述步驟E包括如下步驟：

根據吸收特征光譜中譜線的波長，確定被測量氣體的種類。

9.根據權利要求1所述的基于后向散射回光的自由狀態氣體參數遠程測量方法，其特征在于，每次測量中，向被測量氣體所在空間區域僅發射1個脈沖激光。