[发明专利]一种气体成分和浓度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体成分和浓度测量方法，尤其涉及一种能够测量多种气体的气体成分和浓度测量方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

现有技术中测量气体浓度时，多采用电化学方法、紫外吸收法或近红外光谱法。但是，电化学方法测量气体浓度的误差较大，紫外吸收法的光源稳定性不好，近红外光谱法多采用的单一波长的光源，很难对多种具有不同吸收峰的气体进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种气体成分和浓度测量方法，能够测量多种气体中的成分以及每种气体的浓度，准确性和精确性好。

根据本发明的气体成分和浓度测量方法，包括：针对样品池中的任意一种待测气体：

S1、使光源产生与待测气体的吸收峰对应的光信号，所述光信号经准直透镜准直处理后垂直照射到样品池的入射光面上；

S2、利用收集透镜收集从样品池出射的光信号，通过前置放大器对收集到的光信号进行放大处理、然后传递给探测器；

S3、通过探测器将放大处理后的光信号转变为模拟电信号、数据采集卡将模拟电信号转换为数字信号，然后将转换后的数字信号传递给计算机系统进行数据采集、处理和显示；其中，

光源为2.3μm～2.8μm连续可调单频光源，通过调节光源中非线性晶体的温度可以调谐光源产生的光信号的波长；

样品池中装有SO₂、H₂S、CO₂、CH₄四种气体中的任意一种或其组合。

优选地，步骤S3中进行数据采集、处理包括：

获取样品池厚度L、光源产生的光信号强度I₀和从样品池出射的光信号强度I；

根据如下关系式确定待测气体的浓度；若I＝I₀、或者根据如下关系式确定的待测气体的浓度为零，则表明样品池中不含有所述待测气体：

I＝I₀×exp(-α(v)×c×L)

式中，α(v)为待测气体的吸收系数，单位为：cm^-1；c为样品池中待测气体的体积分数，单位为：％。

优选地，光源产生的光信号包括：与SO₂的吸收峰对应的2.76μm光信号、与H₂S的吸收峰对应的2.67μm光信号、与CO₂的吸收峰对应的2.704μm光信号、与CH₄的吸收峰对应的2.37μm光信号。

优选地，使光源产生与待测气体的吸收峰对应的光信号包括：

根据待测气体的吸收峰查询光信号的波长与光源晶体温度之间的映射关系，确定与待测气体的吸收峰对应的光源晶体温度；

将光源中非线性晶体的温度调节至所述光源晶体温度，使光源产生与待测气体的吸收峰对应的光信号。

优选地，所述光信号的线宽精确到pm量级。

优选地，准直透镜的入射面和出射面均镀有2.3μm～2.8μm的高透膜。

优选地，样品池的入射面和出射面均镀有2.3μm～2.8μm的高透膜。

优选地，收集透镜的直径为30㎜。

根据本发明的气体成分和浓度测量方法，通过采用2.3μm～2.8μm连续可调单频光源，能够根据待测气体的最大吸收峰调解光源产生的光信号的波长，实现对多种具有不同吸收峰的气体进行测量。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的气体成分和浓度测量装置的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

根据比尔定律可知，当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。不同气体的吸收峰不同。在排除或忽略样品池的散射和折射作用的前提下，光信号的强度经过样品池前后没有发生变化时，说明样品池中不含有吸收峰与该光信号的波长相等的气体成分；光信号的强度经过样品池前后的衰减越大，表明样品池中吸收峰与该光信号的波长相等的气体的浓度越大。因此，可以通过光信号通过待测物质前后的变化确定待测气体的浓度。