[發(fā)明專利]基于后向散射回光的自由狀態(tài)氣體參數(shù)遠程測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510067664.4
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104655576B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王言
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體參數(shù)測量方法，具體地，涉及基于后向散射回光的自由狀態(tài)氣體參數(shù)遠程測量方法。

背景技術(shù)

從檢測原理分，氣體濃度、種類的檢測方法主要包括電阻式氣敏元件測量法、超聲技術(shù)測量法、氣象色譜測量法、載體催化燃燒法、示蹤氣體濃度衰減法、光干涉測量法、光譜吸收氣體測量法。

1)電阻式氣敏元件測量法：利用電阻式氣敏元件的阻值與周圍氣體濃度有確定性關(guān)系的特點，通過測量氣敏元件的電阻值即可獲得待測氣體的濃度；

2)超聲技術(shù)測量法：超聲波在某種氣體中的傳播速度與當(dāng)前氣體溫度和氣體性質(zhì)有一定的關(guān)系，通過測量其傳輸速度和氣體溫度就可以推算出氣體濃度；

3)氣象色譜測量法：不同氣體在通過色譜柱時期速度不同，不同濃度氣體的色譜存在明顯差異，利用該特點可以獲得氣體濃度；

4)載體催化燃燒法：以催化載體型氣敏元件作為濃度的傳感器，當(dāng)可燃氣體在元件表面催化燃燒后，電阻增加，其增量與可燃氣體的濃度成正比，通過測量其電阻增量即可獲取可燃氣體濃度；

5)示蹤氣體濃度衰減法：向被測空間注入一定量的示蹤氣體，在通風(fēng)后使示蹤氣體的濃度得到稀釋，通過測量示蹤氣體濃度的變化，間接求出通風(fēng)量；

6)光干涉測量法：同一光源發(fā)出的光被分為兩路光，經(jīng)不同傳輸路徑后匯集到一起，通過光干涉現(xiàn)象體現(xiàn)其光程差，由于光程差與路徑上的氣體成分、濃度、折射率關(guān)聯(lián)，可獲取氣體濃度；

7)光譜吸收氣體測量法：光在氣體中傳播時，特定氣體分子將對特定波長光進行吸收，通過測量激光通過氣體傳輸后的吸收譜特性和光強，可以獲取氣體分子的濃度和種類。

現(xiàn)有技術(shù)存在的弱點主要存在于：

-在自由空間狀態(tài)下，對難以接近區(qū)域的氣體參數(shù)進行有效測量：1)、3)、4)三種方法需要將檢測元件放置于氣體內(nèi)，對于難以接近的區(qū)域是很難實現(xiàn)的；2)、3)、5)、6)、7)則均需要構(gòu)建發(fā)射裝置、接收裝置和樣品空間，其樣品空間通常需要對現(xiàn)場氣體進行抽樣，對于難以接近的區(qū)域?qū)嶋H上是難以實現(xiàn)的。

-現(xiàn)有測量方法需要獲取較準確的氣壓、溫度等環(huán)境參數(shù)，但在很多情況下這些環(huán)境參數(shù)難以有效獲取，導(dǎo)致測量誤差較大；

-除7)以外，其他測量方法均難以通過測量結(jié)果直接判斷氣體類型。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于后向散射回光的自由狀態(tài)氣體參數(shù)遠程測量方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于后向散射回光的自由狀態(tài)氣體參數(shù)遠程測量方法，包括如下步驟：

步驟A：向被測量氣體所在的被測量空間區(qū)域發(fā)射脈沖激光；

步驟B：持續(xù)測量得到所述脈沖激光的后向散射回光數(shù)據(jù)，其中，所述后向散射回光數(shù)據(jù)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(jù)非吸收特征譜線中某一譜線的回光強度，獲取大氣環(huán)境散射回光特性的基本參數(shù)，作為吸收特征譜線回光強度由于大氣散射導(dǎo)致的強度衰減因子的補償參數(shù)；

步驟D：利用所述補償參數(shù)對吸收特征譜線回光強度進行補償；

步驟E：根據(jù)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(shù)據(jù)：

-種類；

-濃度；

-空域擴散分布特性；

-傳輸路徑空間分布特性。

優(yōu)選地，脈沖激光為采用數(shù)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。

優(yōu)選地，所述步驟E，包括如下步驟：

根據(jù)如下公式計算得到被測量氣體的散射強度系數(shù)α、被測量氣體的吸收強度系數(shù)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(shù)，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(shù)，c為光速，t為從脈沖激光發(fā)射到回光測量的時間間隔；

根據(jù)如下公式計算得到被測量氣體濃度N：