[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

说明书

本发明公开了一种离散红外频谱温室气体流量光学计量方法及装置，属于温室气体流量计量领域。方法包括：形成不同中心频率的N+2路窄带红外光。测量N路窄带光穿过气体之前和之后的信号能量强度变化，得到N路相应的吸收系数S₁，S₂，……，S_N；对其中1路做同样处理，得到的吸收系数记为基准吸收系数S，将S₁，S₂，……，S_N和S代入吸收系数与浓度间的关系式，得到气体的浓度；使另一路窄带光产生两束同频光束在气体管道内形成两个干涉焦点，测量气体携带的微粒经过两个焦点的时间和两个焦点的间距，得到流速。本发明还提供了一种离散红外频谱温室气体流量光学计量装置。本发明能够实现流量、浓度的一体化测量，并提升温室气体流量及浓度测量的精度。

技术领域

本发明属于温室气体流量计量领域，更具体地，涉及一种离散红外频谱温室气体流量光学计量方法及装置。

背景技术

在全球展开减碳、低碳的洪流下，作为低碳技术体系中重要一环的碳流量精确计量技术却相对薄弱。工厂排放、化工配比、能源供应和碳交易等低碳行动的关键环节均需要精确的碳流量计量技术作为支撑。碳流量的精确计量涉及气体流速、目标温室气体浓度、排放口横截面积等关键参数。对于特定监测应用，排放口横截面积为固定值，容易测量，关键难点在于流速与浓度测量。

当前对于碳排放的精确计量绝大多数已知方法均为流速测量，即假设气体浓度是定值。这对于成分及排放稳定的应用是可行的，例如化工原料传输。但对于碳排放而言，气体浓度会经常变化，忽略此浓度变化得出来的气体流量误差较大。另外，对于开放环境温室气体监测等应用而言，浓度测量比流速测量更加重要。

在已有的火力发电厂碳排放监测等应用中，有利用烟气分析仪进行气体浓度测量的实践。流速测量由额外的超声风速仪、皮托管压差测量法等实现。此类方法用两套装置分别测量流速和目标物质的浓度。烟气分析仪、奥氏气体分析仪、电导分析仪、电位电极分析仪、热导分析仪、红外气体分析仪、气相色谱分析仪等实验室设备难以用于室外在线监测应用。另一方面，如皮托管、文丘里流量计、涡动流量计等机械装置流速测量方法灵敏度较低，需要压强或流速达到一定强度才能产生有效测量值。也有基于超声、电磁、热效应的流速测量方法。

即在各类流速和浓度的测量方法中，都存在精度和可靠性不高，并且均需要两套装置分别测量流速和目标物质的浓度，设备体积、成本等多方面存在限制，缺乏能够实现温室气体精确在线监测以及一体化的方法与设备。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种离散红外频谱温室气体流量光学计量方法及装置，其目的在于实现温室气体流量、浓度的一体化测量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种离散红外频谱温室气体流量光学计量方法，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；