[發明專利]用于減少吸收光譜測量中的基線失真的影響的方法和系統

有效

• 申請號: 201611028663.X
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN107014759B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 巴赫拉姆·阿里扎德;詹姆斯·D·霍比;馬丁·洛佩斯;伊恩·C·加斯金
• 申請（專利權）人: 仕富梅集團公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;任慶威

一種用于在被用于檢測或測量介質中的化學種類的吸收光譜系統中減少基線信號上的失真的影響的方法和系統，由此使用核函數對信號執行一個或多個相關或卷積。核函數的形狀被選擇成減少基線失真對已處理被測對象確定的影響。還可以將核函數選擇成增強吸收信號。

技術領域

發明一般地涉及吸收光譜法，并且特別地涉及可調諧二極管激光器吸收光譜法。本發明被應用于(除其它的之外)由諸如工業、醫學或生理過程之類的人工或自然過程產生的氣體中的一個或多個種類的檢測和測量。

背景技術

可調諧激光器波長調制吸收光譜法在各種應用中被廣泛地使用。一個此類應用是物質中且特別是諸如其中可通過與其它技術比較來獲得改善的性能的工業、醫學或生理過程氣體分析之類的人工或自然過程中的化學種類(被測對象)的量的量化。

典型系統由諸如發射聚焦在檢測器上的一束光的可調諧二極管激光器(TDL)之類的可調諧激光源。要分析的物質位于可調諧激光源與檢測器之間，使得入射在檢測器上的光由于其通過物質而被修改。對光的修改使得能夠由被耦合到檢測器的信號處理系統來確定被測對象的各種參數。在某些情況下，要分析的物質是由工業過程產生的氣體，并且被測對象可以是存在于此過程氣體中的一個或多個化學種類。被測對象種類的示例包括但不限于氣態水、O2、CO和CO2及諸如甲烷之類的碳氫化合物。可使用一個或多個TDL通過吸收光譜測量來確定這些被測對象種類中的一個或多個的存在和/或量分數(濃度)。

在激光氣體分析儀系統的操作中，在包括被測對象的一個或多個吸收線的一定波長范圍內掃描由TDL發射的射束的波長。在被掃描的波長范圍內的某些特定波長下，光被被測對象吸收，并且可以通過測量通過要分析的物質透射的光來檢測這些光譜吸收線。這允許獲取所需的光譜信息以不僅確定被測對象的量分數，而且可選地確定壓力、溫度或背景混合物組成的影響。在某些情況下，可以使用單個激光源來測量多個被測對象。在這些情況下，跨包括用于所述多個被測對象中的每一個的至少一個可辨別吸收線的波長范圍掃描激光源的輸出波長。

在設計得很好的系統中，波長調制技術提供非常高的靈敏度和增強的光譜分辨率。特別地，第二諧波波長調制光譜法由于其能夠應對在工業過程中發現的多種光譜狀況(諸如擁塞(congested)吸收光譜、靈敏的痕量級測量和被遮蔽光學透射)而非常適合于氣體分析。

這是用以下關系式示出的，其中，等式[1]表示光學吸收的比爾-朗伯定律，其中，u是被測對象的每單位長度的分子密度，I是檢測到的光量，I₀是入射光量(等于當分子密度為零時的未被吸收量)，v是光的頻率且“a”是吸收系數。

在任何特定頻率下檢測到的光量的變化通過微分等式[1]與分子密度變化相關，并且由等式[2]給出。

等式[2]顯示如果其它環境條件是穩定的或者被修正，則檢測到的強度的變化將與分子密度的變化成比例，并且檢測到的強度還受到入射光量的任何變化的影響。

入射光量的變化可由除吸收分子密度變化之外的許多因素引起。例如，變化可由激光輸出中的固有波動、環境光強度的變化和/或過程樣本流中的遮蔽(其可以是由灰塵、焦油、腐蝕或光束不對準的任何組合而引起)而引起。在熔爐中可預期環境光的強度的遮蔽和改變。如果入射光的變化未被修正，這將導致已處理被測對象濃度中的測量不確定性(誤差)。已經開發了用以處理不確定性的這些來源的技術，諸如在通過引用結合到本文中的公開專利申請GB2524725(Kovacich等人)中所述。