[发明专利]一种离散红外频谱温室气体流量光学计量方法及装置

权利要求书

1.一种离散红外频谱温室气体流量光学计量方法，其特征在于，包括如下步骤：

窄带红外光产生步骤：产生宽带红外光，并将其形成为不同中心频率的N+2路窄带红外光，N≥1；其中，N路窄带红外光的波长分别与待测气体的N种成分的吸收波长一致，1路窄带红外光的波长为待测气体的N种成分均不吸收的波长；另1路窄带红外光的波长与所述N路窄带红外光的波长不同；

浓度测量步骤：分别测量所述N路窄带红外光穿过待测气体之前和之后的信号能量强度变化，依据信号能量强度变化计算待测气体对所述N路窄带红外光能量的吸收系数，记为S₁，S₂，……，S_N；对产生的1路窄带红外光作同样的处理，得到待测气体对这1路窄带红外光的吸收系数，记为基准吸收系数S；将所述吸收系数S₁，S₂，……，S_N和基准吸收系数S代入吸收系数与待测气体各成分浓度之间的关系式，求解得到待测气体各成分的浓度；

流速测量步骤：将产生的另1路窄带红外光分成两束窄带同频光束，引导两束窄带同频光束在待测气体管道内形成两个干涉焦点，测量待测气体携带的微粒经过所述两个干涉焦点发生散射的时间间隔，所述两个干涉焦点的间距除以所述时间间隔，得到待测气体的流速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流速测量步骤具体包括如下子步骤：

步骤S1、将该路窄带红外光分为两路，引导两路光束入射至管道内干涉，形成两个干涉焦点；

步骤S2、流经管道内的待测气体携带的微粒经过所述两个干涉焦点时发生散射，散射光束经过汇聚后，将其转换为两路脉冲电信号；

步骤S3、检测两路脉冲电信号的脉冲时间差，所述时间差为同一微粒经过两个干涉焦点时的时间差，以所述两个干涉焦点间的距离除以所述时间差，得到待测气体流速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浓度测量步骤具体包括如下子步骤：

步骤S1、将N路窄带红外光中的每路汇聚后以设定的分光比分为两路：将第一路穿过待测气体后转变为电信号，测量该电信号的能量强度a1；将第二路直接转变为电信号，测量该路电信号的能量强度d，根据该能量强度d及所述分光比计算第一路经过待测气体吸收前的电信号的能量强度a2，则待测气体对第一路窄带红外光能量的吸收系数为1-a1/a2；按照上述方式获得待测气体对所述N路窄带红外光能量的吸收系数，记为S₁，S₂，……，S_N；

步骤S2、对产生的1路窄带红外光作同样的处理，得到待测气体对这1路窄带红外光的吸收系数，记为基准吸收系数S；

步骤S3、将所述吸收系数S₁，S₂，……，S_N和基准吸收系数S代入吸收系数与待测气体各成分浓度之间的关系式，求解得到待测气体各成分的浓度；所述关系式为：

其中，c₁，c₂，……，c_N表示待测气体各成分的浓度，k_mn表示待测气体的第m种成分在第n个波长处的固有吸收系数，1≤m≤N，1≤n≤N。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述N路窄带红外光的波长分别与待测气体的N种成分的最大吸收尖峰处的波长一致；

或选取的N路窄带红外光的波长使k_mn满足：