[發明專利]可擴展寬溫度范圍內檢測量程的激光吸收光譜檢測系統的檢測方法

有效

• 申請號: 202010601115.1
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111595818B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 龐濤;孫鵬帥;張志榮;夏滑;吳邊;湯玉泉;楊爽
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 張祥騫

1.可擴展寬溫度范圍內檢測量程的激光吸收光譜檢測系統的檢測方法，所述激光吸收光譜檢測系統包括激光器、吸收池、光電探測器、信號處理單元和控制器；其特征在于：所述吸收池中設有溫度傳感器，該方法包括以下步驟：

(1)在穩定的溫度驅動下，采用周期為T的掃描調制信號對激光器進行電流驅動，一個周期T包括前半周期T₁和后半周期T₂；在前半周期T₁中，在激光器驅動電流上疊加低頻鋸齒信號，對激光器頻率進行掃描輸出；在后半周期T₂中，在激光器驅動電流上同時疊加低頻鋸齒信號和高頻正弦信號，對激光器頻率進行掃描和調制輸出；

(2)激光器輸出的激光通過吸收池中的待測氣體后，采用光電探測器將該激光信號轉換為電信號，電信號再經信號處理單元進行前置放大處理、A/D轉換成數字信號后輸入至控制器，在控制器中對數字信號進行解調和分析；

(3)通過鎖定激光器輸出頻率范圍，控制器采用直接吸收算法計算出檢測目標吸光度，當吸光度在0.03cm^-1-0.05cm^-1范圍內時，保存一組吸光度為A^*下的二次諧波信號作為標定信號；

(4)在激光器電流驅動信號的前半周期T₁，控制器采用直接吸收算法求得吸收池中待測氣體的吸光度A，并將吸光度A和設定的吸光度閾值A₀進行比較；

若A大于A₀，則采用公式C₁＝A/(αL)計算出吸收池中待測氣體濃度C₁，此時，將C₁作為吸收池中待測氣體濃度測量結果的原始值C_M；其中，α表示吸收池中待測氣體吸收譜線的吸收系數，L表示吸收池中待測氣體光吸收路徑長度；

若A不大于A₀，則采用諧波檢測的解調方法對激光器電流驅動信號的后半周期T₂進行處理，解調得到二次諧波信號，將解調后的二次諧波信號與標定信號進行最小二乘擬合得到擬合系數k，并采用公式C₂＝kA^*/(αL)計算出吸收池中待測氣體濃度C₂，此時，將C₂作為吸收池中待測氣體濃度測量結果的原始值C_M；其中，A^*表示標定信號對應的吸光度，α表示吸收池中待測氣體吸收譜線的吸收系數，L表示吸收池中待測氣體光吸收路徑長度；

(5)采用溫度傳感器測量吸收池中待測氣體的溫度T，并采用公式C_corr＝C_M+F(T)對吸收池中待測氣體濃度測量結果的原始值進行溫度修正，修正后的吸收池中待測氣體濃度C_corr作為檢測系統的結果輸出；

其中，C_corr為修正后的吸收池中待測氣體濃度，C_M為吸收池中待測氣體濃度測量結果的原始值，T為吸收池中的實時溫度，F(T)為獲得的溫度對濃度的修正函數。

2.根據權利要求1所述的可擴展寬溫度范圍內檢測量程的激光吸收光譜檢測系統的檢測方法，其特征在于：所述信號處理單元包括前置放大器和A/D轉換器。

3.根據權利要求1所述的可擴展寬溫度范圍內檢測量程的激光吸收光譜檢測系統的檢測方法，其特征在于：所述激光器為可調諧二極管激光器。

4.根據權利要求1所述的可擴展寬溫度范圍內檢測量程的激光吸收光譜檢測系統的檢測方法，其特征在于：A₀取值為0.04cm^-1。

5.根據權利要求1所述的可擴展寬溫度范圍內檢測量程的激光吸收光譜檢測系統的檢測方法，其特征在于：步驟(5)中“溫度對濃度的修正函數F(T)”，其獲取方法為：在不同溫度下對已知濃度的標準氣體進行測試，獲取標準氣體的濃度測量值，將濃度測量值與溫度進行擬合得到的函數關系即為F(T)。