[发明专利]一种多程气体吸收池有效程长与气体浓度同时测量方法

说明书

本发明提供一种多程气体吸收池有效程长与气体浓度同时测量方法，涉及吸收光谱检测技术领域。具体包括以下步骤：可调谐激光激光输出光束进入到多程气体吸收池，气体吸收池内充入待测气体；对激光器输出波长进行调谐，测量入射光强和出射光强，得到气体吸收光谱；利用谱线吸收线型与压强的关系，调节气体池内的压强，得到不同压强下的气体吸收谱线。本发明可以同时测量不同压强下气体吸收池的有效程长和气体池内的气体浓度，无需在测量前对气体吸收池有效程长做校准，避免了样气浓度误差对测量结果的影响，准确度高，同时本发明系统结构简单，易于搭建调节，操作方便。

技术领域

本发明涉及吸收光谱检测技术领域，具体涉及一种多程气体吸收池有效程长与气体浓度同时测量方法。

背景技术

吸收光谱技术广泛的应用于污染气体检测、工业排放气体监测、医疗诊断、国防安全等领域。光谱技术具有检测灵敏度高的优点，最低检测限可达到ppb-ppt量级，可以实现工业过程气、口腔样气以及环境污染气中的痕量气体成分检测。由于每一种分子都有其特有的“指纹”特征，对光的吸收具有强选择性，而且响应时间快，可以实现大范围现场实时监测。吸收光谱检测灵敏度与有效吸收程长成正比关系，通过增加有效吸收程长可以提高探测灵敏度。利用多通反射吸收池，可以有效的增加吸收路径长度。多通吸收池是利用光在气体池内多次来回反射的原理，增加有效吸收程长，通常可以将吸收路径长度增加几百倍。每一次反射，光线通过不同的光路穿过气体池。

应用吸收光谱技术开展大气衡量气体探测时，需要对仪器进行吸收程长定标。常用的标定方式是利用浓度已知的标准气体和吸收光谱，反演出气体吸收程长。使用该方法标定出的气体池有效吸收程长若出现较大误差是合理的，因为很难获得浓度准确的标准气体，另外有些气体本身属于粘性气体，即使给池的内壁镀上特氟龙材料也可能会在内壁或进气口处出现损耗，使得腔内标准气体浓度和配置浓度存在偏差，导致标定结果不准确。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种多程气体吸收池有效程长与气体浓度同时测量方法，可以同时测量不同压强下气体吸收池的有效程长和气体池内的气体浓度，无需在测量前对气体吸收池有效程长做校准，避免了样气浓度误差对测量结果的影响，准确度高，同时本发明系统结构简单，易于搭建调节，操作方便。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种多程气体吸收池有效程长与气体浓度同时测量方法，包括以下步骤：

第一步：将激光(6)入射到装有高反射率腔镜的气体吸收池(8)内，从气体吸收池(8)透射出来的激光(6)聚集到红外探测器(10)上，红外探测器(10)将光信号转化成电信号，由数据采集卡(5)记录并输入到数据处理系统(2)中进行处理及存储，得到输出信号；第二步：调谐激光(6)的波长，得到不同频率的激光(6)，数据采集卡(5)记录各频率ν下的入射光强，计算得到各频率ν下的出射光强I(ν)＝I₀(ν)exp[-α(ν)L]，其中L是光学吸收长度，α(ν)是吸收系数，I₀(v)是入射光强，吸收系数α(ν)和积分吸收截面S(T)还有吸收截面σ(ν)和浓度N的关系为：

其中ν₀是气体吸收中心频率，是归一化的分子吸收谱线线型，满足：

它与吸收气体的浓度N和压强P相关，积分吸收截面S(T)的值通过HITRAN红外光谱数据库获得；

第三步：入射光强和出射光强通过红外探测器(10)或者光谱仪测得，通过压强控制系统控制气体吸收池(8)内的压强，在这过程中，吸收气体的浓度N保持不变，得到如下一系列方程组：