非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型的製作方法

2023-05-17 16:18:26

非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型的製作方法
【專利摘要】本發明是一種非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型。本發明以圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器中光源所發出的漫反射非平行光的路徑和路程為研究對象，根據光源所發出的漫反射光，從中選擇有用光路，逐束分解為多段分段平行光，分析光程長度，首先建立單束有用等效平行光光程計算模型，其次對每束單束有用等效平行光應用朗伯比爾定律，建立氣體光譜吸收計算模型。最後對全部單束有用等效平行光吸收計算進行數值求和，從而建立全部有用光的光譜吸收計算模型，該模型就是所提出的非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型，相對於傳統的計算方法，提高了計算精度。
【專利說明】非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型

【技術領域】
[0001]本發明是一種非色散漫反射紅外光譜吸收測量定量分析中非平行光條件下的氣體光譜吸收的計算模型。

【背景技術】
[0002]常用的非色散漫反射紅外光譜吸收測量定量分析模型是朗伯比爾定律，但是這種方法只適用平行光的計算。而在圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器系統中，從光源發出的光的一部分被散射，一部分直射，一部分漫反射。如果採用朗伯比爾定律來作定量分析的依據，只能取直射光作為有用光程，忽略了其它的有用光程的影響，這樣會導致一定程度的誤差，所以，在圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器系統中使用朗伯比爾定律存在相對計算精度不高的問題。因此，本發明提出了一種新的模型，用以解決上述問題。


【發明內容】

[0003]針對朗伯比爾定律存在的不能解決非平行光的計算而導致的相對計算精度不高的問題，本發明所採用的技術方案是:以圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器光源所發出的漫反射非平行光的路徑和路程為研究對象，根據光源所發出的漫反射光，從中選擇有用光路，逐束分解為多段分段平行光，分析光程長度，首先建立單束有用等效平行光光程計算模型，其次對每束單束有用等效平行光應用朗伯比爾定律，建立氣體光譜吸收計算模型。最後對全部單束有用等效平行光吸收計算進行數值求和，從而建立全部有用光的光譜吸收計算模型，該模型就是所提出的非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型。
[0004]本發明的增益效果是:利用推導出的模型可以解決非色散漫反射非平行光條件下的氣體光譜吸收的計算問題，相對傳統的計算方法，提高了計算精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0006]圖1是圓腔型氣室內壁漫反射光路剖面示意圖。
[0007]圖2是任意抽取的一條有用光的光路示意圖。
[0008]圖3是分段平行光光路示意圖。
[0009]圖中標號:1.光源，2.探測器。

【具體實施方式】
[0010]本發明以圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器中的光源所發出的的漫反射非平行光光路和光程為研究對象，如圖1所示，圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器一般由紅外光源、圓腔吸收池、濾光片和探測器等相關器件組成。紅外光源為理想點光源，發出的光各個方向都很均勻，發出的每束有用光強為Ic^IcilUm……Itln,通過吸收池後達到探測器的光的強度分別為11(1、In、112、……Iln，且各自相等，具體如圖3所示；光源發出的有用光強度總和Itl，經過吸收池後探測器接收到的有用光強度總和為I1 ;吸收池吸收池長度為L，內腔直徑為D，內腔處反射均勻，反射係數為φ。
[0011]在漫反射非平行光的所有光束中，能夠直接照射或經多次反射後照射到探測器的光束為有用光束，而照射不到探測器的光束，不用考慮。在有用的光束中，能照射到探測器的主要光束是直射光和反射光，散射光的影響可以忽略不計。因為對於直射光束可以採用傳統的朗伯比爾定律來計算，所以只要解決反射光的氣體光譜吸收的計算，就能解決整個問題。從圖1中任意抽取一條經i次反射後到達探測器的光路i，其路徑如圖2所示，由光的反射定律可知:
[0012]

【權利要求】
1.一種非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型，其特徵是:以圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器中光源所發出的漫反射非平行光的路徑和路程為研究對象，將有用光路逐束分解為多段分段平行光，分析光程長度，首先建立單束有用等效平行光光程計算模型，其次對每束單束有用等效平行光應用朗伯比爾定律，建立氣體光譜吸收計算模型。最後對全部單束有用等效平行光吸收計算進行數值求和，從而建立全部有用光的光譜吸收計算模型，該模型就是所提出的非色散紅外傳感器系統中漫反射光氣體吸收計算模型。
2.根據權利要求1所述的分析模型，其特徵在於:所建立的單束有用等效平行光光程的計算模型是=Li = 2iKi (i ^ I), Li = L(中心平行光)(i = O),其中Li是第i條(即在圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器中的吸收池中反射了 i次)有用等效平行光光束的光程長度，Ki是每一次反射的一段光路長度，L為吸收池的長度。
3.根據權利要求1和2所述的分析模型，其特徵在於:在建立單束有用等效平行光光程的計算模型後，對第i條有用光束使用朗伯比爾定律，可得單束有用等效平行光的氣體光譜吸收計算模型:
其中Ii1、Iij分別為第i條有用光束的出射光強與入射光強，C為未知的待測氣體的濃度，ω為吸收係數，φ:為吸收池內腔反射係數，0<φ<1。
4.根據權利要求1、2和3所述的分析模型，其特徵在於:在建立了任一條單束有用等效平行光的氣體光譜吸收的計算模型後，利用數值求和，對於包括平行光在內的所有有用光束，使用朗伯比爾定律，得到的全部有用光路的氣體光譜吸收模型為:
其中10為圓腔型氣室內壁漫反射非色散紅外傳感器系統中光源總出射光強和入射光強，n —+ c?，為正整數。
【文檔編號】G01N21/3504GK104198426SQ201410487010
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】程文娟, 吳永忠, 湯世祥, 黃星星, 陳浩, 史志恆 申請人:合肥工業大學