[发明专利]基于超声波、激光吸收光谱技术的温湿度测量方法

摘要

本发明提供基于超声波、激光吸收光谱技术的温湿度测量方法，基于超声测温技术测量温度，温度测量响应频率可达几十赫兹，可以克服传统温度测量方法响应速度慢的问题。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术测量水汽浓度，可以避免传统的湿度传感器存在的低温分辨率低、高湿褪湿慢，测量误差大、响应时间长等问题，具有灵敏度高、精度高、响应速度快等优点。本发明将超声测温技术和可调谐半导体激光吸收光谱技术测量水汽浓度结合，可以实现温度和湿度的同步、高动态测量。

主权项

基于超声波、激光吸收光谱技术的温湿度测量方法，其采用温湿度测量装置，所述温湿度测量装置包括发射腔室、反射镜座，所述发射腔室与反射镜座之间通过气室连通，其中：发射腔室内设置一硬件电路，所述硬件电路与测温组件、测湿组件连接；所述测温组件包括超声收发装置、球形凹面反射镜(10)；所述测湿组件包括光电传感器(2)、激光器(9)、球形凹面反射镜(10)；所述测温组件和测湿组件共用同一单片机和同一球形凹面反射镜；所述激光器(9)发射方向上设置一楔角窗口片(4)，所述楔角窗口片相对于激光器(9)发射光方向倾斜设置，使发射光与所述楔角窗口片的入射角为锐角；反射镜座内设置球形凹面反射镜(10)，所述激光器(9)的发射光经气室内气体吸收后经球形凹面反射镜(10)反射至光电传感器(2)；其特征在于：按以下步骤进行：步骤一、利用超声波测温原理测温；所述超声波测温原理为：声波在气体介质中的传播速度是该气体组成成分和绝对温度的函数，其关系可以表示为：c=γRmT=ZT]]>式中：c为声波在介质中的传播速度，m/s；R为理想气体普适常数，J/mol·K；γ为气体的绝对指数(定压比热容与定容比热容之比值)；T为气体温度，K；m为气体分子量，kg/mol；仅与空气特性有关，当介质不变时，Z为常数；根据上述原理，本步骤通过测量超声波在气体介质中的传播速度测量出环境温度；所述气体介质存在于气室中，在气室两侧分别设置超声收发装置及球形凹面反射镜(10)，超声收发装置到球形凹面反射镜(10)的距离即气室长度，为固定值；本步骤中的测量目标转为超声波在气室中的飞渡时间；通过测量超声波的飞渡时间，得到声波在气体介质中的传播速度，根据声速与温度的关系计算出环境温度值；步骤二、利用可调谐半导体激光吸收光谱技术测量水汽浓度：S1：根据水分子的吸收光谱，利用激光器的温度调谐和电流调谐特性，驱动激光器发射激光信号，使激光频率在选定水汽吸收峰附近扫描；入射激光透过楔角窗口片进入气室，经气室内的水分子吸收后得到透射激光；S2：透射激光照射到球形凹面反射镜(10)，球形凹面反射镜(10)将激光反射会聚至光电传感器，透射激光经光电传感器进行光/电转换后，获得透射激光电压信号；S3：数据处理系统根据透射激光电压信号与水汽浓度的关系计算出水汽浓度；所述可调谐半导体激光吸收光谱技术测量水汽浓度依据原理为：当一束激光通过被测气体时，如果激光发射光谱与气体吸收谱相重叠，输出光强会因被气体吸收而减弱，输出光强与输入光强之间满足比尔‑朗伯定律。步骤三、根据动态环境温度值对水汽浓度进行修正并计算相对湿度。