[發(fā)明專利]一種特定氣體源成分光譜分析方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811136934.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108872097A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張健;余輝龍;覃翠;趙靜;魏峘;劉偉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N21/27
• 分類號(hào): G01N21/27
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明公開(kāi)了一種特定氣體源成分光譜分析方法及裝置，其方法是將已知特定氣體源的光譜分解為多個(gè)已知光譜的線性組合，利用多個(gè)光波長(zhǎng)同時(shí)測(cè)量出該種被測(cè)特定氣體源的氣體組成成分的方法。其裝置包括用于采集被測(cè)特定氣體源的氣室，氣室設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，氣室的前方設(shè)置有用于發(fā)出光譜連續(xù)光信號(hào)的光源，并且氣室的前端面開(kāi)有使光信號(hào)進(jìn)入氣室內(nèi)的光信號(hào)進(jìn)孔，氣室的后端面開(kāi)有使進(jìn)入氣室內(nèi)的光信號(hào)輸出的光信號(hào)輸出孔；氣室的后方設(shè)有用于接收從光信號(hào)輸出孔輸出的光信號(hào)的光電檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的方法沒(méi)有氣體間干擾，能同時(shí)測(cè)量氣體中所有成分，其裝置攜帶方便，制造成本低，能直接在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)被測(cè)特定氣體源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體成分分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種針對(duì)特定氣體進(jìn)行光譜分析的方法及其利用該方法實(shí)現(xiàn)氣體成分分析的裝置，具體地說(shuō)是一種特定氣體源成分光譜分析方法及裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用光譜分析來(lái)測(cè)量氣體中某些成分的濃度，光譜分析是目前的一種重要測(cè)量技術(shù)。但是，光譜分析往往需要昂貴的光譜儀，并且由于光譜儀體積較大，因此也無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。再說(shuō)利用特征波長(zhǎng)的光強(qiáng)變化的監(jiān)測(cè)方法，一次只能測(cè)量一種物質(zhì)，同時(shí)其他物質(zhì)還會(huì)產(chǎn)生干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，而提供沒(méi)有氣體間干擾，并能同時(shí)測(cè)量氣體中所有成分的一種特定氣體源成分光譜分析方法，應(yīng)用該特定氣體源成分光譜分析方法的裝置體積小、攜帶方便，能實(shí)現(xiàn)氣體成分的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：

一種特定氣體源成分光譜分析方法，其特征是：將已知特定氣體源的光譜分解為多個(gè)已知光譜的線性組合，利用多個(gè)光波長(zhǎng)同時(shí)測(cè)量出該種被測(cè)特定氣體源的氣體組成成分；其方法為：

假設(shè)特定氣體源的組成成分為由N種氣體組成，每一種氣體的光譜為P_n(n＝1，ΛN)，則被測(cè)特定氣體源的光譜能表示為

其中，P為被測(cè)特定氣體源的光譜，k_n為第n種氣體的體積比，對(duì)每一種氣體成分的光譜經(jīng)過(guò)在不同波長(zhǎng)上的采樣，能表示為：

令：Q＝[P₁ P₂ L P_N]4

則式1可以表示為

P＝QK 6

其中向量P可以通過(guò)測(cè)量得到，P_n是確定的光譜，能事先測(cè)量得到；通過(guò)求解方程6就能得到k_n的值，通過(guò)k_n值的大小即能確定被測(cè)特定氣體源中各種氣體組成的成分和所占體積比；第n種氣體所占的體積比為

上述的技術(shù)方案還包括：

當(dāng)取M＝N時(shí)，即采樣的波長(zhǎng)數(shù)量和可能含有的成分?jǐn)?shù)量相同時(shí)；方程6就是一個(gè)有N的未知數(shù)、N個(gè)方程的方程組；方程6的求解過(guò)程為：

步驟一、求Q的秩；

步驟二、若Q的秩為N，R(Q)＝N，轉(zhuǎn)到步驟六；若Q的秩小于N，R(Q)＜N轉(zhuǎn)到步驟三；

步驟三、逐步增加采樣波長(zhǎng)的數(shù)量，即增加舉證Q的行，每增加一個(gè)，求Q的行秩，直到行秩等于N；

步驟四、對(duì)Q進(jìn)行初等行變換，直到變?yōu)樾须A梯矩陣；

步驟五、保留所有非零行，所對(duì)應(yīng)的原始行，使Q重新變?yōu)镽(Q)＝N；

步驟六、利用迭代法或高斯消去法求解方程6；