[發明專利]一種氣體成分和濃度測量方法

在審

• 申請號: 201610051709.3
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105717060A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 李林軍;段小明;楊曦凝;白云峰;周龍
• 申請（專利權）人: 黑龍江工程學院
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11466
• 代理人: 張璐;林潮

技術領域

本發明涉及氣體成分和濃度測量方法，尤其涉及一種能夠測量多種氣體的氣體成分和濃度測量方法。

背景技術

以下對本發明的相關技術背景進行說明，但這些說明并不一定構成本發明的現有技術。

現有技術中測量氣體濃度時，多采用電化學方法、紫外吸收法或近紅外光譜法。但是，電化學方法測量氣體濃度的誤差較大，紫外吸收法的光源穩定性不好，近紅外光譜法多采用的單一波長的光源，很難對多種具有不同吸收峰的氣體進行測量。

發明內容

本發明的目的在于提出一種氣體成分和濃度測量方法，能夠測量多種氣體中的成分以及每種氣體的濃度，準確性和精確性好。

根據本發明的氣體成分和濃度測量方法，包括：針對樣品池中的任意一種待測氣體：

S1、使光源產生與待測氣體的吸收峰對應的光信號，所述光信號經準直透鏡準直處理后垂直照射到樣品池的入射光面上；

S2、利用收集透鏡收集從樣品池出射的光信號，通過前置放大器對收集到的光信號進行放大處理、然后傳遞給探測器；

S3、通過探測器將放大處理后的光信號轉變為模擬電信號、數據采集卡將模擬電信號轉換為數字信號，然后將轉換后的數字信號傳遞給計算機系統進行數據采集、處理和顯示；其中，

光源為2.3μm～2.8μm連續可調單頻光源，通過調節光源中非線性晶體的溫度可以調諧光源產生的光信號的波長；

樣品池中裝有SO₂、H₂S、CO₂、CH₄四種氣體中的任意一種或其組合。

優選地，步驟S3中進行數據采集、處理包括：

獲取樣品池厚度L、光源產生的光信號強度I₀和從樣品池出射的光信號強度I；

根據如下關系式確定待測氣體的濃度；若I＝I₀、或者根據如下關系式確定的待測氣體的濃度為零，則表明樣品池中不含有所述待測氣體：

I＝I₀×exp(-α(v)×c×L)

式中，α(v)為待測氣體的吸收系數，單位為：cm^-1；c為樣品池中待測氣體的體積分數，單位為：％。

優選地，光源產生的光信號包括：與SO₂的吸收峰對應的2.76μm光信號、與H₂S的吸收峰對應的2.67μm光信號、與CO₂的吸收峰對應的2.704μm光信號、與CH₄的吸收峰對應的2.37μm光信號。

優選地，使光源產生與待測氣體的吸收峰對應的光信號包括：

根據待測氣體的吸收峰查詢光信號的波長與光源晶體溫度之間的映射關系，確定與待測氣體的吸收峰對應的光源晶體溫度；

將光源中非線性晶體的溫度調節至所述光源晶體溫度，使光源產生與待測氣體的吸收峰對應的光信號。

優選地，所述光信號的線寬精確到pm量級。

優選地，準直透鏡的入射面和出射面均鍍有2.3μm～2.8μm的高透膜。

優選地，樣品池的入射面和出射面均鍍有2.3μm～2.8μm的高透膜。

優選地，收集透鏡的直徑為30㎜。

根據本發明的氣體成分和濃度測量方法，通過采用2.3μm～2.8μm連續可調單頻光源，能夠根據待測氣體的最大吸收峰調解光源產生的光信號的波長，實現對多種具有不同吸收峰的氣體進行測量。

附圖說明

通過以下參照附圖而提供的具體實施方式部分，本發明的特征和優點將變得更加容易理解，在附圖中：

圖1是示出根據本發明的氣體成分和濃度測量裝置的示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發明的示例性實施方式進行詳細描述。對示例性實施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發明及其應用或用法的限制。

根據比爾定律可知，當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時,其吸光度與吸光物質的濃度及吸收層厚度成正比。不同氣體的吸收峰不同。在排除或忽略樣品池的散射和折射作用的前提下，光信號的強度經過樣品池前后沒有發生變化時，說明樣品池中不含有吸收峰與該光信號的波長相等的氣體成分；光信號的強度經過樣品池前后的衰減越大，表明樣品池中吸收峰與該光信號的波長相等的氣體的濃度越大。因此，可以通過光信號通過待測物質前后的變化確定待測氣體的濃度。