[发明专利]一种基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH4

权利要求书

1.一种基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH₄浓度的测量方法，其特征在于，

使用的测量装置包括两路探测光路和信号处理模块，两路探测光路的光信号分别由对应的光电探测器传输至信号处理模块中进行处理；第一路探测光路依次包括函数发生器I、激光控制器I、DFB激光器I、光准直器、谐振腔、聚焦透镜和光电探测器I；函数发生器I发生信号给激光控制器I，激光控制器I控制DFB激光器I在扫描吸收谱线的同时以高频正弦信号调制激光波长，DFB激光器I发出的激光经光准直器准直后离轴入射到谐振腔中，入射激光经谐振腔中的待测空气吸收后，从谐振腔出来经聚焦透镜聚焦后由光电探测器I接收信号，光电探测器I将采集到的光信号转换成电信号传输至信号处理模块中；第二路探测光路依次包括函数发生器II、激光控制器II、DFB激光器II、参考吸收池和光电探测器II；函数发生器II发生信号给激光控制器II，激光控制器II控制DFB激光器II在扫描吸收谱线的同时以高频正弦信号调制激光波长，DFB激光器II发出的激光由光纤传输至参考吸收池的入射口，经参考吸收池中的待测空气吸收后，从参考吸收池出来由光电探测器II接收信号，光电探测器II将采集到的光信号转换成电信号传输至信号处理模块中；测量装置还包括配气组件，配气组件由预混管、流量控制器和抽气泵组成；预混管用于将待测空气分别送入谐振腔和参考吸收池中进行探测，预混管一端与进气端连接，预混管另一端分别与谐振腔和参考吸收池的进气口连接；谐振腔和参考吸收池的出气口分别通过连接管道与抽气泵连接，在连接管道上均设有流量控制器；

测量方法包括如下步骤：

步骤1，两路探测光路中的DFB激光器I和DFB激光器II分别在扫描吸收谱线的同时以高频正弦信号调制激光波长，发出的激光分别穿过谐振腔和参考吸收池后分别由光电探测器I和光电探测器II接收信号，光电探测器I测量得到谐振腔背景光强信号和透射光强信号，光电探测器II测量得到参考吸收池背景光强信号和透射光强信号；DFB激光器II 的出光中心波长在7185.60cm^-1附近，DFB激光器I的出光中心波长在6047.35cm^-1附近，7185.60cm^-1为H₂O测量谱线的波长，6047.35cm^-1为CH₄测量谱线6046.95cm^-1与附近的H₂O测量谱线6047.79cm^-1的中间波长；

步骤2，将步骤1得到的参考吸收池背景光强信号和透射光强信号进行锁相滤波处理，得到其对应的扣背景的一次谐波归一化的二次谐波信号，提取出参考吸收池的H₂O吸收峰高度测量值；

步骤3，根据已知的大气温度、压强、参考吸收池长度以及测量得到的参考吸收池背景光强信号，结合HITRAN 2016数据库，得到不同H₂O浓度对应的仿真参考吸收池透射光强信号，经锁相滤波处理，得到其对应的扣背景的一次谐波归一化的二次谐波信号，提取出H₂O吸收峰高度值，建立不同H₂O浓度和H₂O吸收峰高度值的数据库，代入步骤2中参考吸收池的H₂O吸收峰高度测量值得到实时H₂O浓度测量值；

步骤4，将谐振腔背景光强信号和透射光强信号进行锁相滤波处理，得到其对应的扣背景的一次谐波归一化的二次谐波信号，提取出谐振腔的H₂O吸收峰高度测量值和CH₄吸收峰高度测量值；

步骤5，根据已知的大气温度、压强、谐振腔长、实时H₂O浓度测量值以及测量到的谐振腔背景光强信号，结合HITRAN 2016数据库，得到不同反射率对应的仿真谐振腔透射光强信号，经锁相滤波处理，得到其对应的扣背景的一次谐波归一化的二次谐波信号，提取出H₂O吸收峰高度值，建立不同反射率和H₂O吸收峰高度值的数据库，代入步骤4中谐振腔的H₂O吸收峰高度测量值得到实时反射率测量值；

步骤6，根据已知的大气温度、压强、谐振腔长、实时反射率测量值以及测量到的谐振腔背景光强信号，结合HITRAN 2016数据库，得到不同CH₄浓度对应的仿真谐振腔透射光强信号，经锁相滤波处理，得到其对应的扣背景的一次谐波归一化的二次谐波信号，提取出CH₄吸收峰高度值，建立不同CH₄浓度和CH₄吸收峰高度值的数据库，代入步骤4中谐振腔的CH₄吸收峰高度测量值得到实时CH₄浓度测量值。