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原文传递一种基于正弦调制时域拟合的气体吸收率在线测量方法

专利名称：	一种基于正弦调制时域拟合的气体吸收率在线测量方法
摘要：	一种基于正弦调制时域拟合的气体吸收率在线测量方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术领域。该方法利用正弦信号对可调谐半导体激光器电流进行调制，实现激光器波长正弦调制的同时，确保入射光强激光强度(基线)具有明确表达式；通过将吸收率在频域和时域之间进行转换，结合明确的基线表达式，通过在时域上对透射激光强度进行拟合实现基线与气体吸收率的同步在线测量。该方法操作简便，有效地解决了传统直接吸收法(三角或锯齿信号扫描)基线拟合受人为因素影响大、吸收率测量精度低、时间分辨率低、数据处理复杂等问题，预期可为谱线参数高精度标定、复杂工业现场中气体参数在线监测提供测量手段。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	杜艳君;彭志敏;丁艳军
专利状态：	有效
申请号：	CN201811095201.9
公开号：	CN109270027A
代理机构：	北京鸿元知识产权代理有限公司 11327
代理人：	邸更岩
分类号：	G01N21/39(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100084 北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室
主权项：	1.一种基于正弦调制时域拟合的气体吸收率在线测量方法，其特征是该方法包括如下步骤：1)针对待测谱线在光谱数据库中确定其谱线中心波长v0；2)通过调节激光控制器(2)中心电流及温度控制可调谐半导体激光器(3)输出激光的波长在v0附近，通过信号发生器(1)产生频率为ω的正弦信号，输入给激光控制器(2)，用以调制激光控制器(2)的输出电流，进而调制可调谐半导体激光器(3)输出激光的波长；3)将可调谐半导体激光器(3)产生的激光通过光纤分束器(4)分为两路，一路经过准直后穿过待测气室(5)，通过第一光电探测器(6)接收透射激光强度；另一路激光射入干涉仪(7)，通过第二光电探测器(8)探测干涉仪(7)的出射激光强度，第一和第二光电探测器将光信号转换为电信号传入计算机(10)；4)令可调谐半导体激光器(3)输出激光瞬时波长为：对第二光电探测器(8)采集到的信号，利用Matlab程序拟合得到公式(1)中的系数a₁,ω,η₁,a₂,η₂；其中t为探测时间，为激光中心波长，a₁、a₂分别为线性和非线性波长调制幅值，η₁、η₂分别为线性和非线性波长调制相位角；5)令入射到气室(5)前的瞬时入射激光强度为：式中：为激光强度平均值，i₁、i₂分别为线性和非线性光强调制幅值，θ₁、θ₂分别为线性和非线性光强调制相位角；6)根据比尔‑兰伯特定律，穿过气室(5)的瞬时透射激光强度为：式中：α(v)为待测谱线吸收率，A为积分面积，为待测谱线线型函数，用Raution函数表示，由待测谱线高斯线宽γ_D、洛伦兹线宽γ_L及迪克收敛系数β决定；7)将公式(1)和(2)代入公式(3)中，得到瞬时透射激光强度与探测时间t之间的关系式，通过该关系式利用Matlab程序中的FIT函数对第二光电探测器(8)接收到的瞬时透射激光强度在时域上进行拟合，得到瞬时入射激光强度I0、积分面积A、待测谱线高斯线宽γD、洛伦兹线宽γL及迪克收敛系数β；8)将待测谱线高斯线宽γ_D、洛伦兹线宽γ_L及迪克收敛系数β代入Raution函数中，计算待测谱线线型函数结合7)中所得积分面积A，利用公式计算待测谱线吸收率α(v)。
所属类别：	发明专利