[发明专利]一种露点霜点温度传感器及其测量方法

说明书

本发明公开了一种露点霜点温度传感器及其测量方法，其中方法包括优化气体吸收谱线选择策略并选择适合测量对象的吸收线；光谱模型拟合结合背景吸收修正，提取精确的积分吸光度及光谱洛伦兹展宽；采用双线比值法计算气体温度；根据光谱洛伦兹展宽与气体总压的关系计算得到气体总压；根据积分吸光度计算水汽分压并进行非理想气体修正，然后根据露点/霜点温度与水汽分压的关系，结合压力及温度计算结果获取水汽大气压露点/霜点温度。本发明通过激光光谱方法，同时进行水汽温度、压力及露点/霜点温度的免标定测量，不需要外加温度及压力传感器，不仅能有效提高露点/霜点温度测量的精度，还可以有效减小露点/霜点温度测量系统的复杂度及成本。

技术领域

本发明涉及激光光谱气体传感领域，尤其涉及一种露点霜点温度传感器及其测量方法。

背景技术

露点/霜点温度是指在等压条件下将气体冷却，当气体中的水蒸气冷凝成液态水/冰时的气体温度即为水汽的露点/霜点温度。露点/霜点温度是一个重要的气体状态参数，主要用于表征气体湿度大小。一般情况下，零度以上的凝结温度点称为露点，零度以下的凝结温度点称为霜点。

水汽露点/霜点温度的高精度监测在气象，大气研究，工业过程控制，农业，医疗以及航空航天等领域都具有非常重要的作用。传统的露点温度测量方法主要有毛发湿度计法、干湿球法、阻容法、电子式湿度计、重量法、材料湿敏传感器和冷镜式露点仪等。这些传统的露点测量方法能满足特定使用场景的需要，例如毛发湿度计，干湿球，阻容法，重量法以及电子式湿度计能用于普通大气环境，对精度要求不高等条件；材料湿敏传感器广泛应用于工业过程，具有检测范围广的优点，但是不能用于极低温、极高温及有腐蚀等环境，另外，其需要定期标定和更换；冷镜式露点仪是当前湿度溯源的标准仪器，精度最高，但是只能通过抽气采用方式，测量结果易受到采样管路的影响，另外，由于镜面易受到灰尘等影响，需要定期维护，尤其是在低露点条件下，冷镜式露点仪响应速度慢，无法实现实时快速测量。

基于光学的方法具有非侵入、响应速度快，测量范围广以及精度高等优点。采用基于可调谐二极管激光线吸收光谱(TDLAS)技术进行露点/霜点温度测量还具有结构简单，可小型化等优势。现有技术原理的露点检测系统包含双级气体减压阀、气体流量计、管道过滤器和检测装置。TDLAS检测装置通过将待测气体从管道中抽取至气室，然后再进行检测，管路对水汽的吸脱附会对露点测量结果产生负面影响；另外，虽然系统中设置了调压装置，但测量结果没有考虑温度及压力的影响，因此测量结果精度不高。在温度及压力波段大条件下，测量甚至会出现错误。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种露点霜点温度传感器及其测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种露点霜点温度传感器，包括：

可调谐激光器，用于调谐输出预设波长范围的激光，并扫描两条完整的水汽吸收光谱；

光路模块，包括光纤分束器、第一准直器、第二准直器、第一光电探测器和第二光电探测器，所述光纤分束器用于将所述可调谐激光分为第一激光和第二激光；所述第一激光经过所述第一准直器到达所述第一光电探测器；所述第二激光经过所述第二准直器，并穿过待测环境后，到达所述第二光电探测器；

数据采集系统，用于接收所述第一光电探测器和所述第一光电探测器采集到的信号，并根据采集到的信号和光谱模型获取露点/霜点温度结果。

进一步地，所述露点/霜点温度传感器还包括用于驱动所述可调谐激光器的驱动系统，所述驱动系统包括信号发生器、温度控制模块和电流控制模块；

所述信号发生器用于输出锯齿波信号；

所述温度控制模块用于控制所述可调谐激光器温度保持恒定；

所述电流控制模块用于根据所述锯齿波信号调谐所述可调谐激光器的工作电流，从而调谐所述可调谐激光器输出的激光波长。