[发明专利]气体吸收光谱量测系统及其量测方法

说明书

一种气体吸收光谱量测系统，包括一光源、一光源控制器、一光强度检测器及一计算模块。光源用于发出一光波，光源控制器用于调控光波的波长。光强度检测器用于检测由光源产生并通过至少一目标气体的光强度。计算模块包括一数值处理器以及一储存单元。储存单元用于储存一光谱数据库，数值处理器用于拟合至少一目标气体的吸收光谱与光谱数据库中的标准图谱，并进行相似度比对运算，以取得残差值最小的至少一目标气体的温度及压力，并根据至少一目标气体的最小残差值，决定至少一目标气体的物种浓度。

技术领域

本发明是有关于一种量测系统及其量测方法，且特别是有关于一种气体吸收光谱量测系统及其量测方法。

背景技术

开径式红外线光谱仪进行气体监测，仅以25℃及一大气压的实验标准图谱进行定量分析，当环境的温度、压力及湿度显著改变时，将导致标准图谱与实测图谱拟合结果误差大。

此外，以高解析穿透分子吸收光谱数据库(HITRAN，high-resolutiontransmission molecular absorption database)进行红外光谱压力与温度影响的仿真可知，当温度或压力条件改变时，相同浓度的气体的红外光图谱也会随之改变，且随着光谱分辨率的提升，红外光图谱的变化更为明显。

另外，传统开径式红外线光谱仪进行气体监测时，由于缺乏环境温度、气压变化造成的红外光图谱的特征峰的变化，因此仅能够计算大气中不同时间气体的相对浓度。相对地，量子串连激光(Quantum cascade lasers,QCL)相较于传统红外线光谱仪具有高光强度及高解析等特性，可提升红外光谱气体物种的辨识能力，然而其缺点是温度与压力改变所导致的红外光图谱的变化变得显著，因此有待进一步改善。

发明内容

本发明有关于一种气体吸收光谱量测系统及其量测方法，通过仿真数据库和/或实验平台，建立不同温度及压力条件下的高分辨率气体标准图谱、矩阵数据库与算法，来进行多种气体的定性与定量解析及计算。此外，本发明能实时修正多种气体共存时，不同温度与压力条件造成的气体浓度计算偏差，以达到高稳定的开径式光路系统及高解析的光谱温度与压力效应修正的需求。

根据本发明的一方面，提出一种气体吸收光谱量测系统，包括一光源、一光源控制器、一光强度检测器、一计算模块。光源用于发出一光波。光源控制器用于调控光波的波长。光强度检测器用于检测由光源产生并通过至少一目标气体的光强度。计算模块包括一数值处理器以及一储存单元。储存单元用于储存一光谱数据库，数值处理器用于拟合至少一目标气体的吸收光谱与光谱数据库中的标准图谱，并进行相似度比对运算，以取得残差值最小的至少一目标气体的温度及压力，并根据至少一目标气体的最小残差值，决定至少一目标气体的物种浓度。

根据本发明的一方面，提出一种气体吸收光谱量测方法，包括下列步骤。在一计算模块中建立一光谱数据库。利用一光谱仪取得通过至少一目标气体的光强度。拟合该至少一目标气体的混合光谱与光谱数据库中的标准图谱，并进行相似度比对运算，以取得残差值最小的至少一目标气体的温度及压力。根据至少一目标气体的最小残差值，决定至少一目标气体的物种浓度。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1绘示依照本发明一实施例的开径式气体吸收光谱量测系统的示意图。

图2绘示本发明一实施例的用于建立光谱数据库的气体吸收光谱实验平台的示意图。

图3A绘示本发明一实施例的光谱数据库的温度及压力矩阵中目标气体 N₂O的标准图谱的示意图。

图3B绘示本发明一实施例的光谱数据库的温度及压力矩阵中目标气体 CO的标准图谱的示意图。

图3C绘示本发明一实施例的光谱数据库的温度及压力矩阵中目标气体 H₂O的标准图谱的示意图。