[发明专利]一种TDLAS系统消除背景气误差的方法

说明书

本发明涉及一种TDLAS系统消除背景气误差的方法，包括TDLAS系统中的气室、激光器和探测器，激光器发出的激光束穿过气室中的待测气体，激光束在穿过气室的光程中减弱强度、并由探测器测量减弱的激光强度，在激光器和/或探测器中存在有背景气；气室是可变光程的气室，系统消除背景气误差的方法包括：通过气室改变所述光程，进行两次光程不同的激光束穿过气室试验，由探测器记录两次所述试验中被减弱的激光束强度，根据两次所述试验中获得的被减弱的激光束强度计算出背景气的浓度。本发明的有益效果是：在TDLAS检测中，可以消除激光器和探测器中的背景气对测量结果的影响，提高检测的准确度，方法简单易用，可显著提高TDLAS检测技术的实用性。

技术领域

本发明属于气体分析技术领域，尤其涉及一种TDLAS系统消除背景气误差的方法。

背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱分析技术（TDLAS）是近些年发展起来的一项基于半导体激光器等光电子器件的气体检测技术，通过选择不同波长的激光器，可以实现多种气体的检测。TDLAS系统主要由激光器、气室、探测器、信号处理模块以及光纤链路构成，基于比尔朗伯吸收定律，TDLAS系统利用气室中气体对激光的吸收作用进行气体浓度的测算，然而TDLAS系统中的激光器、探测器、光学耦合连接中也存在气体间隙，这些气体间隙中的气体也会产生对激光的吸收作用，这些气体我们通常称之为背景气，光学耦合连接中的空气间隙为毫米量级，对气体测量的影响可忽略，而激光器和探测器中的空气间隙为厘米量级，对气体测量的影响不可忽略，特别是低浓度气体的测量。尤其是在背景气与待测气体为相同气体时，这种影响十分突出，不可忽视。现有技术通常有两种解决方案，一种是在激光器和探测器的制作中用高纯氮气吹扫，然而其封装无法保证完全密闭，背景气的吸收作用无法完全消除；另一种是双光路相减去除影响，该方法不仅增加了系统的复杂度，而且无法保证双光路背景气吸收的一致性。

发明内容

本发明的目的是提出一种TDLAS系统消除背景气误差的方法的技术方案，提高TDLAS气体检测技术的效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种TDLAS系统消除背景气误差的方法，包括TDLAS系统中的气室、激光器和探测器，激光器发出的激光束穿过所述气室中的待测气体，所述激光束在穿过气室的光程中减弱强度、并由探测器测量减弱的激光强度，在所述激光器和/或探测器中存在有背景气；所述气室是可变光程的气室，所述系统消除背景气误差的方法包括：通过气室改变所述光程，进行两次光程不同的所述激光束穿过气室试验，由探测器记录两次所述试验中被减弱的激光束强度，根据两次所述试验中获得的被减弱的激光束强度计算出背景气的浓度。

更进一步，所述背景气浓度的计算方法包括：

C_b =（k₁L₂-k₂L₁）/[(L₂-L₁)·α(γ)·d]

其中：

C_b为背景气浓度；

k₁=ln[I₁/I₀]，k₂=ln[I₂/I₀]，I₀为激光束进入所述光程时的强度，I₁为第一次试验中激光束穿过所述光程后的强度，I₂为第二次试验中激光束穿过所述光程后的强度；

L₁为第一次所述试验中的光程长度，L₂ 为第二次所述试验中的光程长度；

d为所述激光束穿过的背景气存在的空间长度；

α(γ)为气体的吸收系数。

更进一步，为了满足背景气浓度的计算，所述可变光程气室的最大光程大于等于最小光程的2倍。