[发明专利]气体计量监测装置和监测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种气体计量监测装置和监测方法。

背景技术：

在《京都议定书》议定的CDM(Clean Development Mechanism，清洁发展机制)下，发达国家可以在发展中国家投资，以低于国内成本的方式获得温室减排量，既可以实现发达国家在《京都议定书》中承诺的减排目标，又有利于促进发展中国家的社会经济可持续发展。CDM项目的数据计量准确性至关重要，特别是与温室气体(甲烷、二氧化碳等)相关的气体的计量监测，是CDM项目质量保证的关键。所有的CDM项目必须按照制定的监测计划，进行事后监测，并要经过相关核查和核证后，联合国执行理事会才签发项目产生的核证减排量，因此，气体计量监测结果是体现CDM项目运行效果的最重要一个因素。

现有技术中通常采用红外光谱技术来实现对气体的计量监测，其基本原理是当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律，即某些气体对红外光进行有选择性吸收，其吸收强度变化取决于被测气体的浓度。基于红外光谱技术的装置通常采用钨丝或镍铬丝等发光元件作为光源，并用带通干涉滤光片对监测器的接收波长加以选择，并根据监测器的接收波长等计量监测待测气体中某种成分的浓度等参数。

通过对现有技术的研究，发明人发现，这种采用红外光谱技术的气体计量监测方案中，因红外线易受到样品气体中水蒸气、粉尘等其它因素的干扰，造成了计量监测的精确度较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种气体计量监测的装置和监测方法，以在对待测气体进行计量监测时，减小水蒸气、粉尘和二氧化碳等其它因素的干扰，提高待测气体计量监测的精确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种气体计量监测装置，包括：激光器、信号探测器、激光器控制模块、信号处理模块、数据分析模块和样品室；

所述激光器控制模块连接到所述激光器，用于驱动所述激光器向所述样品室中的样品气体发射特定波长的激光；

所述信号探测器，用于获取通过所述样品室中样品气体的透射信号，并将所述透射信号发送到所述信号处理模块；

所述信号处理模块，用于将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；

所述数据分析模块，用于分析所述待测气体吸收光谱，得到待测气体的信息。

优选的，所述信号处理模块包括：

信号放大单元，用于放大所述信号探测器获取到的透射信号；

信号解调单元，用于解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。

优选的，所述装置还包括：

锁相放大电路，用于从待测气体吸收光谱中获取倍频信号曲线；

所述数据分析模块通过分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。

优选的，所述装置还包括：

显示模块，连接到所述数据分析模块，用于显示监测到的待测气体的信息。

优选的，所述样品室为单一样品室或多次反射样品室。

优选的，所述激光器为半导体分布反馈式激光器或半导体垂直腔面发射激光器。

优选的，所述激光控制模块包括：

温度控制单元，连接到所述激光器，用于控制所述激光器的工作温度；

电流控制单元，连接到所述激光器，用于调制通过所述激光器的电流。

优选的，当待测气体为甲烷时，所述特定波长为：

1310nm～1345nm、1630～1700nm、2150nm～2450nm或3130nm～3500nm区域中的任意波长。

优选的，当待测气体为二氧化碳时，所述特定波长为：

1430nm～1450nm、1565nm～1620nm、1950～1980nm、1995nm～2100nm或2665nm～2850nm区域中的任意波长。

相应于上述气体计量监测装置，本发明还提供了一种气体计量监测方法，包括：

向样品室发射出特定激光束；

接收通过所述样品室中样品气体的透射信号；

将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；

分析所述待测气体吸收光谱得到待测气体的信息。

优选的，将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱，包括：

将所述透射信号由光信号转换为电信号；

放大所述透射信号，并解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。

本发明还提供了另一种气体计量监测方法，包括：

将低频锯齿波和高频正弦波叠加后驱动激光器向样品室发射特定激光束；