Tdlas氣體檢測系統的自校準方法
2024-01-27 17:09:15
Tdlas氣體檢測系統的自校準方法
【專利摘要】本發明公開了一種TDLAS氣體檢測系統的自校準方法，是根據Beer-Lambert定律的計算公式，按照氣體吸收光譜產生目標氣體頻率對應的第一入射雷射，將第一入射雷射輸入到光路切換裝置，第一入射雷射經光路切換裝置進入指定標準氣室，經過指定標準氣室中的目標氣體吸收後得到第一透射雷射；第一透射雷射進行轉換後，獲得第一透射雷射振幅的數字電信號；並據此計算第一入射雷射的光強值I01和第一透射雷射的光強值It1；以上述兩光強值為基準，引入已知的標準氣室中的氣體含量C0，反演目標氣體濃度的計算係數α·L1，即TDLAS氣體檢測系統所使用的氣體吸收係數α與標準氣室長度L1的乘積。該方法可以實現自動校準系統中目標氣體的計算係數α·L1。
【專利說明】TDLAS氣體檢測系統的自校準方法
【技術領域】
[0001]本申請屬於氣體濃度測量【技術領域】，特別是涉及一種TDLAS氣體檢測系統的自校準方法。
【背景技術】
[0002]作為用於測量氣體濃度的一個方法，TDLAS(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy,可調諧半導體雷射吸收光譜)測量法是一種光檢測器和其它元件不與被分析氣體相接觸的非接觸式測量法。由於具有高光譜解析度、高靈敏度和環境適應性好等優點，該測量法得到了廣泛的應用。在雷射穿過待測氣體時，待測氣體濃度可通過Beer-Lambert定律計算公式描述為
[0003]
【權利要求】
1.一種TDLAS氣體檢測系統的自校準方法，應用於一種TDLAS氣體檢測系統，該檢測系統包括雷射發出與轉換接收部分、測試和分析裝置、光路切換裝置、以及至少一個標準氣室；其中，每個所述標準氣室內均充滿一種目標氣體；在自校準所述檢測系統中目標氣體濃度的計算係數α.L1時，所採用的方法包括以下步驟: 接收檢測指定標準氣室中目標氣體濃度的指令；調整所述光路切換裝置與所述指定標準氣室光路連通； 根據氣體吸收光譜，確定目標氣體吸收峰的中心位置，產生與目標氣體吸收峰的中心位置對應的第一入射雷射； 將所述第一入射雷射輸入到所述光路切換裝置，所述第一入射雷射經所述光路切換裝置進入所述指定標準氣室，經過指定標準氣室中的目標氣體吸收後得到第一透射雷射； 將所述第一透射雷射進行轉換後，獲得所述第一透射雷射振幅的數字電信號； 根據所述第一透射雷射振幅的數字電信號，獲得第一透射雷射的光功率-電流實際曲線；進而獲得所述目標氣體的吸收曲線，根據吸收曲線得到吸收峰的中心位置對應的電流點，分別 獲得所述電流點上對應的第一入射雷射的入射光強值Itll和第一透射雷射的透射光強Itl ; 以所述第一入射雷射的光強值Icu以及第一透射雷射的光強值Itl為基準，引入已知的標準氣室中的氣體含量Cci,根據比爾-蘭伯特(Beer-Lambert)定律,反演自校準所述檢測系統中的目標氣體濃度的計算係數α.Ι^。
2.根據權利要求1所述方法，應用該方法的TDLAS氣體檢測系統還包括至少一個的測量氣室，測量氣室連接於所述光路切換裝置的出射端，所述方法還包括測量指定的測量氣室中目標氣體濃度的步驟:在保存所述TDLAS氣體檢測系統對應於所述目標氣體濃度的計算係數α.L1後， 調整所述光路切換裝置與所述測量氣室光路連通； 按照氣體吸收光譜，確定目標氣體吸收峰的中心位置，產生與目標氣體吸收峰的中心位置對應的第二入射雷射； 將所述第二入射雷射輸入到所述光路切換裝置，所述第二入射雷射經所述光路切換裝置進入所述測量氣室，經過測量氣室中的目標氣體吸收後得到第二透射雷射； 將所述第二透射雷射進行轉換後，獲得第二透射雷射振幅的數字電信號； 根據所述第二透射雷射振幅的數字電信號，獲得第二透射雷射的光功率-電流實際曲線；進而獲得所述目標氣體的吸收曲線，根據吸收曲線得到吸收峰的中心位置對應的電流點，分別獲得所述電流點上對應的第二入射雷射的光強Itl2和第二透射雷射的光強It2，帶入已知的a ^L1，根據比爾-蘭伯特(Beer-Lambert)定律，反演獲得所述測量氣室中目標氣體的濃度值C2。
3.根據權利要求1或2所述方法，其特徵在於，所述光路切換裝置包括多路切換器或光開關陣列。
4.根據權利要求1或2所述方法，其特徵在於，所述測試和分析裝置包括計算機裝置或嵌入式系統裝置。
5.根據權利要求1或2所述方法，其特徵在於，所述雷射發出與轉換接收部分，包括鎖相放大裝置、模擬/數位訊號轉換裝置、一個或多個的雷射器裝置、分別與各所述雷射器裝置對應的環形器裝置、以及分別與各所述雷射器裝置對應的光電轉換裝置； 所述雷射器裝置根據來自所述測試和分析裝置的指令分別產生指定頻率的入射雷射; 所述環形器裝置將雷射器產生的所述入射雷射輸入到所述光路切換裝置後，將接收到的反射回的透射雷射投射到對應的光電轉換裝置； 所述光電轉換裝置，將接收到的所述透射雷射進行光/電轉換； 所述鎖相放大裝置，在接收到所述光電轉換裝置經光/電轉換得到的模擬電信號後，解調得到所述模擬電信號的諧波振幅信息； 所述模擬/數位訊號轉換裝置，將所述諧波振幅信息經模/數轉換後輸出至所述測試和分析裝置。
6.根據權 利要求5所述方法，其特徵在於，將所述透射雷射轉換後，獲得所述透射雷射振幅的數字電信號的步驟，具體包括: 利用所述光電轉換裝置將接收到的所述透射雷射進行光/電轉換，獲得所述透射雷射模擬電信號； 利用所述鎖相放大裝置對所述透射雷射模擬電信號進行解調，獲得所述模擬電信號的諧波振幅信息； 利用所述模擬/數位訊號轉換裝置對所述諧波振幅信息進行模/數轉換，獲得所述透射雷射的數字電信號。
【文檔編號】G01N21/31GK103969203SQ201410206086
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】周笑春 申請人:北京龍源欣盛科技有限公司