[發(fā)明專利]一種六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710984351.4
• 申請(qǐng)日: 2017-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN107831119A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱妮;伏進(jìn);姚強(qiáng);曾福平;印華;唐炬;苗玉龍;吳彬;李龍;籍勇亮;胡曉銳;宮林;張施令
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司;國(guó)家電網(wǎng)公司;武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 胡柯

1.一種六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，所述模型建立步驟如下：

S1：建立微量氣體體積分?jǐn)?shù)與氣體光聲信號(hào)之間的關(guān)系式；

S2：建立溫度與氣體光聲信號(hào)的關(guān)系式；

S3：求解步驟S1和步驟S2的關(guān)系式，得到計(jì)算結(jié)果；

S4：根據(jù)步驟S3的計(jì)算結(jié)果建立溫度校正模型；

S5：求解溫度校正模型，得到校正結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，步驟S1中氣體體積分?jǐn)?shù)與氣體光聲信號(hào)值的關(guān)系式如下：

C＝g(V_p)＝a₁V_p+a₀；

其中，a₁和a₀是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的常數(shù)；C為氣體體積分?jǐn)?shù)；V_p為光聲信號(hào)值。

3.如權(quán)利要求2所述的六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，所述步驟S2中溫度與氣體光聲信號(hào)的關(guān)系式為：

k_c＝f(C)＝b₁C+b₀；

其中，b₁和b₀可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果確定；k_c為溫度與光聲信號(hào)的變化斜率。

4.如權(quán)利要求3所述的六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，所述步驟S2中溫度與氣體光聲信號(hào)的關(guān)系式還包括有：

S21：因環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致微量氣體光聲信號(hào)產(chǎn)生變化量，產(chǎn)生變化量的數(shù)學(xué)模型如下：

ΔV_pt＝V_pt-V_p＝k_c(t-t_o)＝f(C)(t-t_o)；

其中，t₀為參考溫度；t為實(shí)際檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度；V_pt為實(shí)際檢測(cè)的光聲信號(hào)；V_p為參考溫度下的光聲信號(hào)。

5.如權(quán)利要求4所述的六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，步驟S3的計(jì)算步驟如下：

S31：采用迭代法算法計(jì)算步驟S21；

S32：設(shè)置迭代初值V₁為光聲信號(hào)實(shí)測(cè)值V_pt，V₂為校正后光聲信號(hào)值V_p；

S33：將步驟S32中的迭代初值V₁和V₂帶入步驟S21中進(jìn)行計(jì)算，得到：

a＝V₂-V₁；

當(dāng)前后兩次校正結(jié)果的差值在迭代精度范圍時(shí)，可近似得到V₁＝V₂，此時(shí)的校正結(jié)果近似等于參考溫度下的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值；其中，a為迭代中間值；

S34：不斷的循環(huán)校正計(jì)算，即判斷a的絕對(duì)值是否小于迭代精度e，如果是，則輸出V₂，可以得到C＝g(V₂)；反之，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)校正。

6.如權(quán)利要求1所述的六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，所述溫度校正模型還包括有對(duì)所述氣體光聲信號(hào)的檢測(cè)，所述氣體光聲信號(hào)的檢測(cè)步驟如下：

S61：調(diào)制器對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制；

S62：光源激發(fā)待測(cè)氣體從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)；

S63：處于激發(fā)態(tài)的氣體分子通過無輻射的馳豫現(xiàn)象，即分子間的碰撞，將光能轉(zhuǎn)換為分子的平均動(dòng)能；

S64：當(dāng)氣體體積一定時(shí)，溫度上升，氣體壓強(qiáng)增大；

S65：以一定的頻率對(duì)入射光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，氣體壓強(qiáng)便會(huì)出現(xiàn)與調(diào)制頻率一致的周期性變化，當(dāng)調(diào)制頻率處于聲頻范圍內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生聲信號(hào)；

S66：通過高靈敏度的微音器接收聲信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為與聲壓成正比的電信號(hào)輸出，供外部分析處理。

7.如權(quán)利要求6所述的六氟化硫分解的微量氣體光聲檢測(cè)信號(hào)溫度校正模型，其特征在于，假設(shè)處于激發(fā)態(tài)的氣體分子數(shù)密度為N'，則處于基態(tài)的氣體分子數(shù)密度可表示為N-N'；

步驟S62中待測(cè)氣體從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)的分子數(shù)密度可以用下式來計(jì)算：

dN′dt=(N-N′)σφ-N′σφ-N′τ;]]>

其中σ是氣體分子的吸收截面，φ為光子通量，激發(fā)態(tài)分子總壽命τ與無輻射躍遷壽命τ_n和輻射躍遷壽命τ_r存在以下關(guān)系：

τ^-1＝τ_n^-1+τ_r^-1；

在大氣條件下，τ_n的數(shù)量級(jí)處于10^-6～10^-9s之間，τ_r的數(shù)量級(jí)處于10^-1～10^-3s之間，故激發(fā)態(tài)分子的輻射躍遷時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無輻射躍遷時(shí)間，氣體分子吸收的光能主要以無輻射躍遷的形式來釋放分子熱能，并且τ可近視等于τ_n；由于激發(fā)速率σφ通常很小，因此N'遠(yuǎn)小于N，這樣激發(fā)態(tài)的受激發(fā)射可以忽略，上式可簡(jiǎn)化為：

dN′dt=Nσφ-N′τ;]]>

若入射光以角頻率ω進(jìn)行調(diào)制，由于在光聲信號(hào)的產(chǎn)生中，只有與ω有關(guān)的時(shí)間因子起作用，因此，上式的解為：

式中，表示激發(fā)態(tài)粒子數(shù)密度N'與光通量φ之間的相位差；氣體分子中處于激發(fā)態(tài)的分子因無輻射弛豫產(chǎn)生熱，可用下式表示：

H=N′E′τn;]]>

其中，E′是激發(fā)態(tài)無輻射弛豫過程中釋放的熱量，如果全部激發(fā)態(tài)能量都通過無輻射弛豫過程回到基態(tài)，則在非飽和吸收的條件下，考慮到τ近似與τ_n相等，這時(shí)用I₀表示入射光光強(qiáng)，H₀可表示為：

H0=NσI0/1+(ωτ)2;]]>

對(duì)于較低的調(diào)制頻率ω<<10⁶，即ωτ<<1，這時(shí)H＝H₀e^iωt，此時(shí)H₀又可簡(jiǎn)化為：

H₀＝NσI₀＝αI₀；

式中α＝Nσ是氣體分子的吸收系數(shù)，上式是光聲光譜學(xué)中研究一般條件下熱產(chǎn)生的基本公式，它適用于光調(diào)制頻率為KHz左右，即ωτ<<1；在特定入射光波長(zhǎng)下，如吸收截面σ已知，則可通過H₀的強(qiáng)弱來確定吸收試樣的濃度N。