[发明专利]一种六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型

权利要求书

1.一种六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，所述模型建立步骤如下：

S1：建立微量气体体积分数与气体光声信号之间的关系式；

S2：建立温度与气体光声信号的关系式；

S3：求解步骤S1和步骤S2的关系式，得到计算结果；

S4：根据步骤S3的计算结果建立温度校正模型；

S5：求解温度校正模型，得到校正结果。

2.如权利要求1所述的六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，步骤S1中气体体积分数与气体光声信号值的关系式如下：

C＝g(V_p)＝a₁V_p+a₀；

其中，a₁和a₀是由实验数据拟合得到的常数；C为气体体积分数；V_p为光声信号值。

3.如权利要求2所述的六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，所述步骤S2中温度与气体光声信号的关系式为：

k_c＝f(C)＝b₁C+b₀；

其中，b₁和b₀可由实验数据的拟合结果确定；k_c为温度与光声信号的变化斜率。

4.如权利要求3所述的六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，所述步骤S2中温度与气体光声信号的关系式还包括有：

S21：因环境温度的变化导致微量气体光声信号产生变化量，产生变化量的数学模型如下：

ΔV_pt＝V_pt-V_p＝k_c(t-t_o)＝f(C)(t-t_o)；

其中，t₀为参考温度；t为实际检测时的环境温度；V_pt为实际检测的光声信号；V_p为参考温度下的光声信号。

5.如权利要求4所述的六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，步骤S3的计算步骤如下：

S31：采用迭代法算法计算步骤S21；

S32：设置迭代初值V₁为光声信号实测值V_pt，V₂为校正后光声信号值V_p；

S33：将步骤S32中的迭代初值V₁和V₂带入步骤S21中进行计算，得到：

a＝V₂-V₁；

当前后两次校正结果的差值在迭代精度范围时，可近似得到V₁＝V₂，此时的校正结果近似等于参考温度下的标准信号值；其中，a为迭代中间值；

S34：不断的循环校正计算，即判断a的绝对值是否小于迭代精度e，如果是，则输出V₂，可以得到C＝g(V₂)；反之，继续进行循环校正。

6.如权利要求1所述的六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，所述温度校正模型还包括有对所述气体光声信号的检测，所述气体光声信号的检测步骤如下：

S61：调制器对光源进行调制；

S62：光源激发待测气体从基态跃迁至激发态；

S63：处于激发态的气体分子通过无辐射的驰豫现象，即分子间的碰撞，将光能转换为分子的平均动能；

S64：当气体体积一定时，温度上升，气体压强增大；

S65：以一定的频率对入射光强度进行调制，气体压强便会出现与调制频率一致的周期性变化，当调制频率处于声频范围内，就会产生声信号；

S66：通过高灵敏度的微音器接收声信号，并转换为与声压成正比的电信号输出，供外部分析处理。

7.如权利要求6所述的六氟化硫分解的微量气体光声检测信号温度校正模型，其特征在于，假设处于激发态的气体分子数密度为N'，则处于基态的气体分子数密度可表示为N-N'；

步骤S62中待测气体从基态跃迁至激发态的分子数密度可以用下式来计算：

dN′dt=(N-N′)σφ-N′σφ-N′τ;]]>

其中σ是气体分子的吸收截面，φ为光子通量，激发态分子总寿命τ与无辐射跃迁寿命τ_n和辐射跃迁寿命τ_r存在以下关系：

τ^-1＝τ_n^-1+τ_r^-1；

在大气条件下，τ_n的数量级处于10^-6～10^-9s之间，τ_r的数量级处于10^-1～10^-3s之间，故激发态分子的辐射跃迁时间要远远大于无辐射跃迁时间，气体分子吸收的光能主要以无辐射跃迁的形式来释放分子热能，并且τ可近视等于τ_n；由于激发速率σφ通常很小，因此N'远小于N，这样激发态的受激发射可以忽略，上式可简化为：

dN′dt=Nσφ-N′τ;]]>

若入射光以角频率ω进行调制，由于在光声信号的产生中，只有与ω有关的时间因子起作用，因此，上式的解为：

式中，表示激发态粒子数密度N'与光通量φ之间的相位差；气体分子中处于激发态的分子因无辐射弛豫产生热，可用下式表示：

H=N′E′τn;]]>

其中，E′是激发态无辐射弛豫过程中释放的热量，如果全部激发态能量都通过无辐射弛豫过程回到基态，则在非饱和吸收的条件下，考虑到τ近似与τ_n相等，这时用I₀表示入射光光强，H₀可表示为：

H0=NσI0/1+(ωτ)2;]]>

对于较低的调制频率ω<<10⁶，即ωτ<<1，这时H＝H₀e^iωt，此时H₀又可简化为：

H₀＝NσI₀＝αI₀；

式中α＝Nσ是气体分子的吸收系数，上式是光声光谱学中研究一般条件下热产生的基本公式，它适用于光调制频率为KHz左右，即ωτ<<1；在特定入射光波长下，如吸收截面σ已知，则可通过H₀的强弱来确定吸收试样的浓度N。