[发明专利]基于波长调制光谱技术的原位CO气体测量装置及方法

权利要求书

1.基于波长调制光谱技术的原位CO气体测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1:采用频率为ωt的高频正弦信号同时实现波长扫描和调制，激光瞬时频率v(t)用下式描述：

式中为谱线中心频率，a₁和a₂分别为激光频率的线性和非线性调制深度，η是频率线性调制的初始相位，是频率非线性调制的初始相位；

S2:根据傅里叶级数定义，结合朗伯比尔定律，经过吸收后的透射光强信号I_t作为周期信号可以展开为以下傅里叶级数形式：

式中I₀为原始光强信号，α(v)为吸收率函数，X_k和Y_k是透射光强信号I_t的傅里叶系数；

S3：为了建立激光频率v(t)与光强I_t之间的关系，令：

x＝cos(ωt+η) x∈[-1,1] (3)

由正弦调制后的激光频率包括上升阶段和下降阶段，将公式(3)带入公式(1)可得激光频率上升阶段和下降阶段v_(x)表达式为：

上升阶段：

下降阶段：

激光频率上升和下降两个阶段ωt表达式分别为：

上升阶段：

ωt＝2nπ-arccosx-η，n＝1,2,3...

下降阶段：

ωt＝2nπ+arccosx-η，n＝0,1,2...(5)

S4：光强变化趋势与激光频率变化趋势相反，将公式(5)带入公式(2)可得上升阶段和下降阶段光强I(x)表达式为：

上升阶段：

下降阶段：

由此便建立了光强与频率之间的关系，根据公式(2)结合同步拟合便可得到气体吸收率函数，进而得到气体中CO气体浓度。

2.基于波长调制光谱技术的原位CO气体测量装置，使用权利要求1所述的方法，其特征在于，包括测量腔(7)和信号发射接收装置，所述信号发射接收装置用于发射和接收激光信号，和所述测量腔(7)为两端设有通孔的腔体结构，一通孔用于烟气进入测量腔(7)中，一通孔用于信号发射接收装置产生的信号进出测量腔(7)，所述测量腔(7)内侧顶端设有角锥反射镜(5)，所述角锥反射镜(5)用于反射信号发射接收装置发射的信号。

3.根据权利要求2所述测量装置，其特征在于，所述信号发射接收装置包括激光器(13)和光电探测器(14)，所述激光器(13)连接有激光控制器(15)，激光控制器(15)连接有信号发生器(16)，所述光电探测器(14)连接有信号处理模块(17)，激光控制器(15)驱动激光器(13)发出激光射入测量腔(7)，激光信号经气体吸收后到达测量腔体前端的角锥反射镜(5)，激光信号被反射后再次经气体吸收到达光电探测器(14)接收。

4.根据权利要求3所述测量装置，其特征在于，所述激光控制器(15)的前端设置有光纤准直器，所述激光控制器(15)驱动激光器(13)发出2326.82nm波长的激光并在该中心频率处实现波长调制和扫描，经过光纤准直器准直后射入测量腔(7)。

5.根据权利要求4所述测量装置，其特征在于，还包括测量腔安装法兰(11)，所述测量腔(7)安装在测量腔安装法兰(11)上，所述测量腔安装法兰(11)上还安装有文丘里管(10)和吹扫管(12)，所述测量腔(7)外侧安装有保护罩(1)，所述保护罩(1)固定于测量腔安装法兰(11)上。

6.根据权利要求5所述测量装置，其特征在于，所述测量腔(7)的顶端安装有滤芯(3)，所述滤芯(3)通过通孔(18)与测量腔(7)内部相连通，所述测量腔(7)的内部、通孔(18)所在位置上固定有角锥反射镜(5)，所述角锥反射镜(5)设有侧孔，所述滤芯(3)用于将烟气中的灰尘过滤，过滤后的烟气经角锥反射镜(5)侧孔进入测量腔(7)。