[發明專利]基于分子光譜學及實驗數據的中紅外甲烷傳感器校正方法

有效

• 申請號: 202010903330.7
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112113928B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 陳紅巖;黃瀚;趙永佳
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 田書亞

本發明提出了一種基于分子光譜學及實驗數據的中紅外甲烷傳感器校正方法，步驟是：首先基于HITRAN數據庫中獲取的參數計算出確定波段下不同溫度、壓強下的甲烷分子吸收系數，其次通過可變溫度、壓強的測試裝置獲得甲烷氣體在不同溫度和壓強下的吸光度，通過朗伯比爾定律反演出吸收系數，對HITRAN擬合出的吸收系數進行修正，最后將修正后的甲烷吸收系數用于紅外甲烷傳感器的校正，從而提高中紅外甲烷傳感器的精度。采用本發明的方法，可有效提高中紅外甲烷傳感器的精度。

技術領域

本發明涉及氣體測量技術領域，具體涉及一種基于分子光譜學及實驗數據的中紅外甲烷傳感器校正方法。

背景技術

紅外甲烷傳感器根據朗伯-比爾定律對甲烷的濃度進行檢測，而吸收系數是朗伯-比爾定律中的重要參數，其受溫度和壓強的影響變化較大，其變化會導致濃度測量的誤差，因而研究不同溫度氣壓下的甲烷吸收系數的變化規律對設計高精度的紅外甲烷傳感器有重要意義。

目前有不分光紅外甲烷檢測技術方案，如公開號為CN110672545的專利提供了一種甲烷檢測儀，該專利給出了常溫、常壓下測試甲烷濃度的方法，但是未考慮溫度、氣壓變化對測量精度的影響。

發明內容

本發明在不分光紅外檢測方案的基礎上，提供了基于分子光譜學及實驗數據直接校正甲烷傳感器的方法，提升了甲烷傳感器精度。

為實現上述目的，本發明的采用了如下技術方案：

一種基于分子光譜學及實驗數據的中紅外甲烷傳感器校正方法，包括如下步驟：

S1、基于從HITRAN數據庫獲取的參數計算甲烷多普勒線寬函數和洛倫茲線寬函數，并將多普勒線寬與洛倫茲線寬進行卷積得到Voigt曲線線寬函數；

S2、基于從HITRAN數據庫獲取的參數計算設定溫度、氣壓下的甲烷氣體的譜線強度；

S3、基于S1中得到的卷積結果和S2中得到的甲烷譜線強度，計算得到確定波數下預設溫度、氣壓范圍內甲烷氣體的譜線吸收系數；

S4、基于S3中的計算結果，通過最小二乘法擬合出氣壓、溫度與甲烷吸收系數之間的函數關系；

S5、基于甲烷吸收系數測試實驗數據，對S4中得到的函數關系進行修正；

S6、基于實際測量時中紅外甲烷傳感器在確定溫度、氣壓條件下參考通道和信號通道的電壓值，結合修正后的函數關系計算得到校正后的甲烷測量濃度。

進一步的，步驟S1中，計算甲烷多普勒線寬函數具體包括：

S11、通過HITRAN數據庫獲取甲烷的分子量M；

S12、采用如下公式計算甲烷多普勒致寬半高寬α_D：

其中ν_ij為中心波數，c為光速，N_A為阿佛加德羅常數，k為玻爾茲曼常數，M為分子量，T為溫度；

S13、將計算得到的多普勒致寬半高寬帶入多普勒線寬函數中，得到甲烷多普勒線寬函數：

進一步的，步驟S1中，計算甲烷洛倫茲線寬函數具體包括：

S14、通過HITRAN數據庫獲取甲烷的空氣半寬度γ_air，自展寬半寬度γ_self和溫度依賴系數n_air；

S15、采用如下公式計算甲烷洛倫茲展寬半高寬γ(p,T)：