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原文传递基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的方法与装置

专利名称：	基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的方法与装置
摘要：	本发明涉及一种基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的方法与装置，方法包括以下几步，首先，设定标准探头与探测探头，标准探头内充入标准气体，测量探头内的气体为被测气体源中的气体；将标准探头与测量探头置于被测气体源内；其次，根据被测气体分子的特征谱线调节可调谐窄线宽激光参数，保证可调谐窄线宽激光的扫描波长范围仅覆盖待测气体分子的一条特征谱线；然后，将可调谐窄线宽激光分束后分别同时照射标准探头及测量探头内的气体；最后，采集经过标准探头及测量探头的激光强度，计算得到被测气体的浓度。本发明不需预先拟合计算不同温度下的吸收线的强度，不用实时测量被测气体的温度，可准确测得不同温度下被测气体的浓度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北核技术研究所
发明人：	黄珂;陶波;黄超;叶景峰;朱峰;李高鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910349079.1
公开号：	CN110057779A
代理机构：	西安智邦专利商标代理有限公司
代理人：	汪海艳
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	710024 陕西省西安市灞桥区平峪路28号
主权项：	1.基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设定标准探头，标准探头内充入标准气体，所述标准气体中包括浓度已知的待测气体；设定测量探头，测量探头内的气体为被测气体源中的气体，且被测气体源中的气体能够自由进出测量探头内；将标准探头与测量探头置于被测气体源内；确保标准气体源与被测气体源内的被测气体温度相同；步骤二、根据被测气体分子的特征谱线调节可调谐窄线宽激光参数，保证可调谐窄线宽激光的扫描波长范围仅覆盖待测气体分子的一条特征谱线；步骤三、将步骤二的可调谐窄线宽激光分束后分别同时照射标准探头及测量探头内的气体；步骤四、采集经过标准探头及测量探头的激光强度，按照公式(1)，计算得到被测气体的浓度n1；其中n0为标准气体源中待测气体浓度，A0为经过标准探头后的激光光强，A1为经过测量探头后的激光光强，L0为激光在标准气体源中的传播距离(cm)，L1为激光在被测气体源中的传播距离(cm)。 2.基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：包括激光源(2)、分束器(3)、标准探头(4)、测量探头(5)、信号处理系统(6)及控制器(1)；所述标准探头(5)包括密封气体吸收池(51)，密封气体吸收池(51)用于充标准气体，该标准气体中包括已知浓度的待测气体；所述测量探头(4)包括气体吸收池(41)，所述气体吸收池(41)上开有通气孔(42)；测量时，所述标准探头(5)与测量探头(4)均位于被测气体源内；所述标准探头(5)与测量探头(4)内的气体温度相同；所述激光源(2)的输出端与分束器(3)的输入端连接，分束器(3)的两路输出端分别与标准探头(5)及测量探头(4)的输入端连接，标准探头(5)及测量探头(4)的输出端均与信号处理系统(6)输入端连接；控制器(1)分别与信号处理系统(6)及激光源(2)连接，控制器用于控制激光器、信号处理系统及完成人机交互；所述激光源(2)输出可调谐窄线宽激光，可调谐窄线宽激光的扫描波长范围仅覆盖待测气体的一条特征谱线，经过分束器(3)后被分成两路光信号，一路传输至标准探头(5)，另一路传输至测量探头(4)；光信号经过标准探头(5)和测量探头(4)内的气体吸收后由光纤输送到信号处理系统(6)，信号处理系统(6)中存储计算机程序，计算机程序在处理器中运行时，实现以下过程：测量经过测量探头和标准探头的激光光强，按照公式(1)，计算得到被测气体的浓度n1；其中n0为标准探头中待测气体浓度，A0为经过标准探头后的激光光强，A1为经过测量探头后的激光光强，L0为激光在标准探头中的传播距离(cm)，L1为激光在测量探头中的传播距离(cm)。 3.根据权利要求2所述的基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：所述信号处理系统(6)包括数据处理单元(61)与两个光电探测器(62)；两个光电探测器(62)分别用于测量标准探头(5)及测量探头(4)输出的光信号，并将光信号转换为电信号发送至数据处理单元(61)，所述数据处理单元(61)中存储所述计算机程序。 4.根据权利要求3所述的基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：所述激光源(2)为固体激光器、光纤激光器或半导体激光器；采用光纤输出方式；所述分束器(3)为光纤分束器。 5.根据权利要求4所述的基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：所述标准探头(5)还包括设置在密封气体吸收池(51)相对两端的光纤准直器(52)与光纤耦合器(53)，激光通过光纤进入光纤准直器(52)后经过标准气体传送至光纤耦合器(53)，光纤耦合器(53)通过光纤与信号处理系统(6)的输入端连接；所述测量探头(4)还包括设置在气体吸收池(41)相对两端的光纤准直器(43)与光纤耦合器(44)，激光通过光纤进入光纤准直器(43)，后经过混合气体传送至光纤耦合器(44)，光纤耦合器(44)通过光纤与信号处理系统(6)的输入端连接。 6.根据权利要求5所述的基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：测量探头(4)和标准探头(5)安装在同一法兰上；所述标准探头(5)与测量探头(4)通过法兰与被测气体源腔室密封连接；测量探头(4)和标准探头(5)使用的输入、输出光纤长度一致。 7.根据权利要求6所述的基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：所述标准探头的密封气体吸收池还设有与外界连通的进气管，所述进气管上设有气体截止阀。 8.根据权利要求2-7任一所述的基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置，其特征在于：所述被测气体为HF，激光源输出的可调谐窄线宽激光输出波长为1.3μm，调节频率为100kHz，线宽为2MHz。 9.一种利用权利要求2-8任一所述的装置测量气体浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、将基于温度自动补偿TDLAS技术测量气体浓度的装置中的标准探头与测量探头安装在被测气源上，确保测量探头和标准探头内部气体温度处于同一温度； S2、向标准探头内充入具有已知浓度待测气体的标准气体； S3、开启激光源，根据待测气体分子的特征谱线调节激光源参数，保证激光源的扫描波长范围仅覆盖待测气体分子的一条特征谱线； S4、测量经过测量探头和标准探头的激光光强，按照公式(1)，计算得到被测气体的浓度n1；其中n0表示标准探头中气体浓度，A0为经过标准探头后的激光光强，A1为经过测量探头后的激光光强，L0为激光在标准探头中的传播距离，L1为激光在测量探头中的传播距离。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括步骤S5：将测得的气体浓度曲线通过控制器显示输出。
所属类别：	发明专利