[发明专利]一种基于TDLAS的气体浓度测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于TDLAS的气体浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取环境参数和光谱参数；

所述环境参数包括：气体介质的总压P、温度T、光程长L；所述光谱参数包括：空气展宽γ_air和目标气体的自展宽γ_self；

S2、采集激光的光谱吸收数据，计算对数吸光度，得到对数吸光度的最大值；

S3、根据环境参数和光谱参数计算洛伦兹线型下的半高全宽FWHM，记为Δν_c0；

Δν_c0＝P*2*min[γair,γself]

S4、利用浓度计算公式计算气体的近似浓度，作为初始的迭代值X0，并将X0赋值于X1；

所述气体的近似浓度X0计算公式为：

其中，S(T)为气体吸收谱线的线强，为出射信号I_t(v₀)与入射信号I₀(v₀)在中心波长v₀处的比值，L表示光程长，P为气体介质的总压，为对数吸光度的最大值，φ(v₀)是激光波长v＝v₀时计算的洛伦兹线型的峰值：

S5、用X1计算洛伦兹线型下的FWHM，记为Δv_c1；

具体公式为：

Δv_c1＝P*[((1-X1)*2*γ_air)+X1*2*γ_self]

其中P为气体介质的总压，γ_air为空气展宽，γ_self为目标气体的自展宽；

S6、利用步骤S4的浓度值计算Voigt线型下在中心波长处的线型函数值φ(v)，记为φ_v(v₀)；

φ_v(v₀)的计算公式为：

其中，为高斯函数， ，y均为自定义参数，Δv_D为在浓度为X1时高斯线型下的FWHM，Δv_c1为用X1计算的洛伦兹线型下的FWHM，v为激光波长，v₀为光谱吸收中心波长，四个参数单位均为cm^-1；

S7、将φ_v(v0)代入浓度计算公式计算浓度，记为X2；

浓度计算公式为：

其中，为出射信号I_t(v₀)与入射信号I₀(v₀)在中心波长处的比值，L表示光程长，为对数吸光度的最大值，v₀为光谱吸收中心波长，S(T)为气体吸收谱线的线强；

S8、判断X1和X2的差值的绝对值是否小于预设值，如果小于预设值，则输出X1为计算浓度；如果大于或者等于预设值，则改变X1的值回到步骤S5继续计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的气体浓度测量方法，其特征在于，步骤S8中的预设值根据迭代步长确定。

3.实现权利要求1所述的一种基于TDLAS的气体浓度测量方法的系统，其特征在于，该系统包括：第一待测气瓶、第二待测气瓶、第一流量控制器、第二流量控制器、气体混合器、气体吸收池、探测器、准直器、激光器、前置放大器、激光控制器、PC机；所述第一待测气瓶通过第一流量控制器连通至气体混合器的第一输入口，所述第二待测气瓶通过第二流量控制器连通至气体混合器的第二输入口，所述气体混合器的输出口连通至气体吸收池的第一输入口，所述气体吸收池的第二输入口通过准直器与激光器的光输出端连接，所述激光器的控制输入端与激光控制器的第一控制输出端连接，所述气体吸收池的输出口与探测器的输入端连接，所述探测器的输出端连接至前置放大器的输入端，所述前置放大器的输出端与激光控制器的输入端连接，所述激光控制器的第二控制输出端与PC机连接；所述PC机中包括有存储器、处理器，分别用于储存和执行权利要求1所述的方法的各步骤。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：流量显示仪、温度控制器，所述流量显示仪的第一输入端和第二输入端分别与第一流量控制器和第二流量控制器电连接，所述温度控制器与气体吸收池电连接。