[发明专利]基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法

权利要求书

1.基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤1：根据测量光路分布及光程，对被测气体进行三维网格划分，使每个网格内仅有一束测量光源通过，得到被测气体的温度场网格数据；

步骤2：建立被测气体温度梯度场模型，利用步骤1中所述的被测气体的温度场网格数据，获取被测气体温度梯度场理论数据库，并存储至微型计算机；

其中，被测气体温度梯度场模型的输入量为恒定加热功率p、被测气体的温度场网格数据及加热时间t，输出量为被测气体温度梯度场理论数据T；

步骤3：测量容纳被测气体的容器外表面温度，并将所测量的温度数据存储到微型计算机中，得到被测气体特征温度，其中特征温度为测量同位素丰度时，容纳被测气体的容器外表面温度；

步骤4：确定被测气体温度梯度场：根据步骤3所述的被测气体特征温度与步骤2中的获取被测气体温度梯度场理论数据库进行对比，遍历步骤2中被测气体温度梯度场理论数据库的所有被测气体温度梯度场理论数据T，搜索与被测气体特征温度一致的数据，得到被测气体的温度梯度场；

步骤5：通过微型计算机控制信号激励装置发出激励信号，该激励信号驱动激光器分别发出轻、重同位素检测光，并通过采集装置将输出光强存储至微型计算机，结合步骤4中获取的被测气体的温度梯度场，得到同位素丰度；

步骤1中，所述三维网格划分过程为：将被测气体按照垂直于光路的截面上分成n等份，每份上有一个光斑，平行于光路的路径上分为m等份，每个网格中光路长度为L/m，L为容纳被测气体的容器长度，被测气体的三维网格总份数为n×m；

步骤2中，所述被测气体温度梯度场理论数据库是通过建立的被测气体温度梯度场模型中非稳态导热方程和边界条件，获取的被测气体温度梯度场理论数据的集合，其中被测气体温度梯度场模型的输入量为恒定加热功率p，被测气体的温度场网格数据及加热时间t，输出量为被测气体温度梯度场理论数据，用T(p，n，m，t)表示；

非稳态导热方程：

边界条件：

其中，x，z为圆柱坐标系的轴向、角度、径向坐标，被测气体温度梯度场理论数据库中的n用表示，m用m表示，r为容纳被测气体的容器圆面半径，λ为导热系数，ρ为被测气体密度，c为被测气体热容，T为被测气体在某一位置的理论温度，R为导热边界，R_MPC为被测气体外表面坐标集合，T₁为被测气体的初始温度。

2.根据权利要求1所述的基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，其特征在于：步骤3中，所述的被测气体特征温度的测量方法为：在容纳被测气体的容器外表面上取X个测温点，采用温度传感器测量温度，得到被测气体特征温度T_i，i取1到X，所述被测气体特征温度为测量同位素丰度时，容纳被测气体的容器外表面温度。

3.根据权利要求2所述的基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，其特征在于：步骤4中，所述的确定被测气体温度梯度场的方法为：根据被测气体特征温度T_i，检索被测气体温度梯度场理论数据库，遍历步骤2中被测气体温度梯度场理论数据库的所有被测气体温度梯度场理论数据，使T_i与T(p，n_i，m，t)或T(p，n，m_i，t)一致。

4.根据权利要求3所述的基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，其特征在于：步骤5中，所述同位素丰度的计算方法为选取轻、重同位素的吸收线分别进行红外吸收光谱法检测，轻、重同位素的温度梯度分布情况分别代入式(3)中，

同时测量被测气体出射光强I₀、吸收光强I_t和压力P，将轻、重同位素浓度作比后即可获得同位素丰度；其中，L为光程，M为相对分子质量，C为被测同位素浓度，n为将被测气体按照垂直于光路的截面上均分的份数，每份上有一个光斑，m为平行于光路的路径上均分的份数，S为线强，g为线型。