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原文传递一种氨气浓度测量方法及设备

专利名称：	一种氨气浓度测量方法及设备
摘要：	本发明公开了一种氨气浓度测量方法及设备，其中所述方法包括：根据预先确定的目标组分浓度范围划分出若干个不同浓度范围区间；对每一个浓度范围区间选择相应的吸收谱线和气体池光程长度，进而搭建具备若干个气体池的光路检测系统，其中所述若干个气体池内通入待测氨气；控制所述光路检测系统运行以获取与所述待测氨气相关联的探测信号，再利用求优算法结合所述探测信号对所述待测氨气的浓度信息进行反演。本发明通过设置若干个气体池以辅助不同氨气浓度范围的测量，可以大幅度地减少测量误差，且整个氨气测试过程简单高效。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	佛山仙湖实验室
发明人：	马柳昊;杜建国;王宇;王伟;程一兵
专利状态：	有效
申请日期：	2022-08-31T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-13T00:00:00+0800
申请号：	CN202211061694.0
公开号：	CN115468934A
代理机构：	广州嘉权专利商标事务所有限公司
代理人：	叶洁勇
分类号：	G01N21/39;G01N21/03;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/39;G01N21/03
申请人地址：	528200 广东省佛山市南海区丹灶镇仙湖度假区阳光路3号仙湖湾商业广场C座内C1号办公室
主权项：	1.一种氨气浓度测量方法，其特征在于，所述方法包括：根据预先确定的目标组分浓度范围划分出若干个不同浓度范围区间；对每一个浓度范围区间选择相应的吸收谱线和气体池光程长度，进而搭建具备若干个气体池的光路检测系统，其中所述若干个气体池内通入待测氨气；控制所述光路检测系统运行以获取与所述待测氨气相关联的探测信号，再利用求优算法结合所述探测信号对所述待测氨气的浓度信息进行反演。 2.根据权利要求1所述的氨气浓度测量方法，其特征在于，每一个浓度范围区间所对应的吸收谱线在常温常压下的吸光度峰值大于0.001且小于2.0。 3.根据权利要求2所述的氨气浓度测量方法，其特征在于，所述对每一个浓度范围区间选择相应的气体池光程长度的实现过程包括：以确保每一个浓度范围区间所对应的吸收谱线的吸光度峰值大于0.001且小于2.0为条件，通过查询光谱数据库为每一个浓度范围区间选取对应的气体池光程长度。 4.根据权利要求1所述的氨气浓度测量方法，其特征在于，所述光路检测系统包括函数发生器、激光控制器、激光器、准直器、光电探测器和若干个气体池；其中，所述函数发生器用于产生驱动信号，所述激光控制器用于根据所述驱动信号对所述激光器的工作温度和工作电流进行设置，所述激光器用于发出激光信号，所述准直器用于对所述激光信号进行准直处理以得到平行光，所述若干个气体池用于促使所述待测氨气对所述平行光进行吸收处理以得到待测光信号，所述光电探测器用于将所述待测光信号转换为待测电信号，所述待测电信号即为所述探测信号。 5.根据权利要求4所述的氨气浓度测量方法，其特征在于，当所述光路检测系统采用直接吸收光谱技术时，所述利用求优算法结合所述探测信号对所述待测氨气的浓度信息进行反演的实现过程包括：建立所述光路检测系统的仿真模型，通过仿真分析方式获取与所述待测氨气相关联的基准探测信号及其对应的基准光谱吸收度；利用比尔朗伯定律对所述探测信号和所述驱动信号进行解析，得到待测光谱吸收度；确定光谱吸收度与氨气浓度之间的第一关系式，当所述待测光谱吸收度与所述基准光谱吸收度之间的差距达到最小时，将所述待测光谱吸收度代入所述第一关系式进行反推运算，得到所述待测氨气的浓度信息。 6.根据权利要求4所述的氨气浓度测量方法，其特征在于，当所述光路检测系统采用波长调制光谱技术时，所述利用求优算法结合所述探测信号对所述待测氨气的浓度信息进行反演的实现过程包括：建立所述光路检测系统的仿真模型，通过仿真分析方式获取与所述待测氨气相关联的基准探测信号及其对应的基准谐波信号强度；利用波长调制光谱原理对所述探测信号和所述驱动信号进行解析，得到待测谐波信号强度；确定谐波信号强度与氨气浓度之间的第二关系式，当所述待测谐波信号强度与所述基准谐波信号强度之间的差距达到最小时，将所述待测谐波信号强度代入所述第二关系式进行反推运算，得到所述待测氨气的浓度信息。 7.一种氨气浓度测量设备，其特征在于，所述设备包括光路检测系统和数据处理系统；所述光路检测系统包括函数发生器、激光控制器、激光器、准直器、光电探测器和若干个气体池，并且所述若干个气体池内通入待测氨气；其中，所述函数发生器用于产生驱动信号，所述激光控制器用于根据所述驱动信号对所述激光器的工作温度和工作电流进行设置，所述激光器用于发出激光信号，所述准直器用于对所述激光信号进行准直处理以得到平行光，所述若干个气体池用于促使所述待测氨气对所述平行光进行吸收处理以得到待测光信号，所述光电探测器用于将所述待测光信号转换为待测电信号；所述数据处理系统包括数据采集卡、数据处理器和数据显示器；其中，所述数据采集卡用于对所述驱动信号和所述待测电信号进行采集后传输至所述数据处理器，所述数据处理器用于利用求优算法对所述待测氨气的浓度信息进行反演，所述数据显示器用于对所述待测氨气的浓度信息进行显示。 8.根据权利要求7所述的氨气浓度测量设备，其特征在于，所述若干个气体池适用于不同浓度范围区间的气体检测，且每一个浓度范围区间所对应的吸收谱线和气体池光程长度之间应满足预设约束条件，所述预设约束条件为吸收谱线在常温常压和气体池光程长度影响下的吸光度峰值大于0.001且小于2.0。 9.根据权利要求7所述的氨气浓度测量设备，其特征在于，所述激光器采用分布反馈式半导体激光器，所述激光器的中心频率为1513nm以及其谱线宽度小于3MHz。 10.根据权利要求7所述的氨气浓度测量设备，其特征在于，所述准直器的输出光束直径为3mm，所述光电探测器的有效感光面直径为3mm。