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原文传递一种基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置及其测量方法

专利名称：	一种基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置及其测量方法
摘要：	本发明公开了一种基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置，还公开了上述基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量方法；本发明通过实时监测激光器出光中心波数修正气体浓度，克服了在激光器长期运行中出光中心漂移对测量的不良影响，实现了免标定固定点波长调制的准确测量；本发明方法不需要额外的参考气池标定气体浓度，更利于现场恶劣环境测量；另外本发明方法采用的谐波信号在频谱占据范围窄，利于多光谱耦合测量，便于实现多组分气体浓度同时在线测量；同时，本发明方法利用测量得到的线宽参与气体浓度的计算，无需利用光谱数据库中过多参数，消除了光谱参数、组分浓度不确定性的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	周宾;祝仰坤;王一红
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910274340.6
公开号：	CN109991189A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	李倩
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	211102 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
主权项：	1.一种基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置，其特征在于：依次包括信号发生模块、气体测量模块、信号接收模块以及信号处理模块；其中，信号发生模块包括函数发生器、激光控制器、分布式反馈激光器、光纤分束器和光纤准直器；气体测量模块包括光学标准具、伴热管带、测量池及包裹在测量池外的加热模块；信号接收模块由三个光电探测器组成；待测的气体通过伴热管带预热后进入通有气体的测量池，加热模块使测量池维持在设定温度；函数发生器将调制信号输入激光控制器中，激光控制器对分布式反馈激光器的输出波长、光强进行调谐，分布式反馈激光器输出的激光经光纤分束器分成三束，一束经光纤准直器准直后进入通有气体的测量池，经待测气体吸收后被光电探测器接收并转换为电信号，得到透射光强信号；一束经光学标准具后被光电探测器接收，得到标准具信号；另一束光信号直接被光电探测器接收得到背景信号，三路信号均由对应的光电探测器传输至信号处理模块进行处理。 2.一种权利要求1所述的基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，函数发生器将调制频率fm信号输入激光控制器中，激光控制器对分布式反馈激光器的输出波长和光强进行调谐；步骤2，将步骤1的调制光经光纤分束器分为三束，一束经光纤准直器准直后进入通有气体的测量池，由光电探测器采集透射光强信号一束经过光学标准具，由光电探测器采集标准具信号另一束直接由光电探测器采集背景光强信号步骤3，由测量得到的背景光强信号与透射光强信号计算得到光谱吸收率α[v(t)]：通过寻峰法找到光谱吸收率α[v(t)]曲线峰值，提取峰值对应时刻t0以及计算得出半峰值P；步骤4，测量得到的标准具信号提取出分布式反馈激光器时频响应离散点，通过余弦函数拟合得到调制深度a以及调制相位步骤5，结合步骤4所得调制深度a以及调制相位利用谱线中心v0以及峰值对应时刻t0得到出光中心波数v1，并以此获得时间频率响应特性v(t)：步骤6，对步骤3获得的光谱吸收率α[v(t)]进行时频转换得到α(v)，进而以半峰值P对光谱吸收率α(v)截取得到半高半宽γ；步骤7，在分析光谱吸收率频谱信息后，对步骤3获得的光谱吸收率α[v(t)]进行数字锁相-低通滤波处理获取二次谐波幅值式(4)中，为光谱吸收率α[v(t)]对应的二次谐波x分量和y分量，F为低通滤波器；步骤8，结合步骤6所得的半高半宽γ以及步骤4所得的调制深度a，计算得到调制系数m：进一步计算得到激光器出光中心v1相对谱线中心v0偏移程度的无量纲参数Δ：步骤9，根据上述所得参数计算得出积分吸收面积A，在温度已知的条件下根据气体浓度计算公式计算得到气体浓度。 3.根据权利要求2所述的基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置的测量方法，其特征在于：步骤9中，积分吸收面积A的具体计算公式为：式(8)中，X＝1-Δ2+m2； 4.根据权利要求2所述的基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置的测量方法，其特征在于：步骤9中，气体浓度的具体计算公式为：式(9)中，P为气体总压；S(T)为温度T下的谱线线强；L为吸收光程长。
所属类别：	发明专利