[发明专利]TDLAS气体检测系统的自校准方法

说明书

技术领域

本申请属于气体浓度测量技术领域，特别是涉及一种TDLAS气体检测系统的自校准方法。

背景技术

作为用于测量气体浓度的一个方法，TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)测量法是一种光检测器和其它元件不与被分析气体相接触的非接触式测量法。由于具有高光谱分辨率、高灵敏度和环境适应性好等优点，该测量法得到了广泛的应用。在激光穿过待测气体时，待测气体浓度可通过Beer-Lambert定律计算公式描述为

上式中，C为待测气体的浓度，I_t为可穿过待测气体后的透射光强，可通过测量获知；I_o为已知的进入待测气体时的入射光强；L为光所经过的待测气体的吸收路径长度，其中，α为气体吸收系数，仅仅随待测气体种类和周边环境的变化而改变，不随气体浓度而发生改变；在检测的过程中，入射激光在测量气室中经过多次反射后，反射回光路，因此气体的吸收路径长度L与测量气室的长度L₁成正比，校准检测系统中的目标气体浓度时，为计算方便，可以将标准气室长度L₁带入公式计算，通过计算出计算系数α·L₁，来测得气体浓度。测量气室长度L随环境改变的变化量为10^-6—10^-5cm/℃，因此需要校准；此外，α为气体吸收系数，该系数与气体的种类以及穿过待测气体中的该气体的光频率(波长)有关，气体吸收系数α会随着温度和/或气压的变化而直接改变，变化率达到了0.005(atm^-1·cm^-1)/℃。因此，在测量待测气体中的某种气体成分的浓度时，如果TDLAS气体检测系统所使用的气体吸收系数α与标准气室长度L₁的乘积α·L₁数据存在偏差，将造成该气体成分的浓度计算错误。

现有的校准方法，是采用专用的校准设备，与TDLAS气体检测系统连接后，校准系统中的气体浓度计算系数α·L₁，即气体吸收系数α与标准气室长度L₁的乘积，但这样的校准方式存在着以下几个缺点：

1)需要另行购买和使用维护专用校准设备，并且该校准设备需要专业人员操作；

2)由于计算系数α·L₁随温度变化，因此需要高频次地校准系统中的计算系数α·L₁的数据，专用校准设备难以满足这样的需求。

发明内容

本申请实施例的目的，在于提供一种TDLAS气体检测系统的自校准方法，该方法可以实现TDLAS气体检测系统自动校准系统中目标气体的计算系数α·L₁。

为达到上述目的，本申请实施例公开了一种分布式TDLAS气体检测系统的自校准方法，应用于一种TDLAS气体检测系统，该检测系统包括激光发出与转换接收部分、测试和分析装置、光路切换装置、以及至少一个标准气室；其中，每个所述标准气室内均充满一种目标气体；在自校准所述检测系统中目标气体浓度的计算系数α·L₁时，所采用的方法包括以下步骤：

接收检测指定标准气室中目标气体浓度的指令；调整所述光路切换装置与所述指定标准气室光路连通；

根据气体吸收光谱，确定目标气体吸收峰的中心位置，产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的第一入射激光；

将所述第一入射激光输入到所述光路切换装置，所述第一入射激光经所述光路切换装置进入所述指定标准气室，经过指定标准气室中的目标气体吸收后得到第一透射激光；

将所述第一透射激光进行转换后，获得所述第一透射激光振幅的数字电信号；

根据所述第一透射激光振幅的数字电信号，获得第一透射激光的光功率-电流实际曲线；进而获得所述目标气体的吸收曲线，根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点，分别获得所述电流点上对应的第一入射激光的入射光强值I₀₁和第一透射激光的透射光强I_t1；

以所述第一入射激光的光强值I₀₁以及第一透射激光的光强值I_t1为基准，引入已知的标准气室中的气体含量C₀，根据比尔-兰伯特(Beer-Lambert)定律，反演自校准所述检测系统中的目标气体浓度的计算系数α·L₁。