[发明专利]基于复合多次谐波的气体浓度在线测量方法

摘要

基于复合多次谐波的气体浓度在线测量方法，属于可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术领域。该方法首先利用二次与四次谐波的比值确定吸收谱线的线宽，进而计算出线型函数；再根据推导出的强吸收条件下二次与一次谐波的比值计算气体的浓度。该方法实现了在强吸收条件下利用吸收信号的二次与一次谐波信号免标方法测量气体的浓度，而且消除了激光强度波动、光电放大倍数等因素的影响，提高了信噪比和测量精度，有效地解决了波长调制法中由于吸收谱线线型函数不确定而导致浓度测量误差的问题，提高气体浓度的测量精度，拓宽TDLAS技术的应用范围。

主权项

1.基于复合多次谐波的气体浓度在线测量方法，其特征是该方法包括如下步骤：1)采用压力计(4)、温度计(5)和标度尺分别测量气体介质(6)的压强P、温度T和光程L，根据待测气体种类，确定其摩尔质量M，从光谱数据库中选取相对应的吸收光谱谱线，并提取光谱的中心频率v₀、线强度S(T)、自身加宽系数χ_self和空气加宽系数χ_air；2)以可调谐半导体激光器(3)为光源，用激光控制器(2)控制可调谐半导体激光器(3)的输出频率稳定在中心频率v₀处；3)将信号发生器(1)产生的高频调幅正弦信号输入到激光控制器(2)，以调制可调谐半导体激光器(3)的输出频率，确定调制幅度a和线性光强系数i₀，定义调制系数m=a/γ，其中γ为谱线的线宽，是特征谱线半高宽的一半；4)将可调谐半导体激光器(3)输出的激光经准直后射入气体介质(6)中，透射的激光光强由光电探测器(7)接收并转换为电信号，经数据采集卡(8)采集后输入到计算机数据处理系统(9)中进行一次、二次和四次谐波检测，得到在中心频率v₀处二次和四次谐波比值R₂₄随调制幅度a变化的曲线，以及二次和一次谐波比值R₂₁随调制幅度a变化的曲线；5)在光谱吸收率小于30%情况下，设定R₂₄随调制系数m变化的曲线恒过近似不动点O(2.50,2.25)，根据这一近似不动点，在R₂₄随调制幅度a变化的曲线上找到R₂₄=2.25时对应的调制幅度a^*，则调制系数为m^*=2.50，根据调制系数的定义即得到谱线的线宽γ=a^*/m^*，以及不同调制幅度a对应的调制系数m；6)根据测得的谱线的线宽γ和气体介质的温度T，计算m=2.1时线型函数的傅里叶系数H₀、H₂、T₀和T₂，并取m=2.1时的线性光强系数i₀以及二次和一次谐波比值R₂₁，将这些参数代入下式，求气体的浓度X：X=H2-i0R21(H0+H22)+[H2-i0R21(H0+H22)]2+2i0R21[T2-i0R21(T0+T22)]S(T)PL[T2-i0R21(T0+T22)].]]>