[发明专利]一种基于TDLAS的气体浓度测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于TDLAS的气体浓度测量方法及系统，包括：获取环境参数和光谱参数；采集激光的光谱吸收数据，计算对数吸光度的最大值；计算lorentz线型下的最大FWHM；利用浓度计算公式计算气体的近似浓度，作为初始的迭代值并将其赋值于X1；用X1计算lorentz线型下的FWHM；利用近似浓度值计算Voigt线型下的φsubgt;v/subgt;(ν0)；将φsubgt;v/subgt;(ν0)代入浓度计算公式计算浓度X2；判断X1和X2的差值的绝对值是否小于预设值，若小于预设值，则输出X1为计算浓度；否则改变X1的值重新计算lorentz线型下的FWHM。本发明无需借助额外辅助测量工具，极大的极少计算复杂度，提高浓度检测效率。

技术领域

本发明涉及气体浓度测量技术领域，更具体地，涉及一种基于TDLAS的气体浓度测量 方法及系统。

背景技术

随着半导体激光器的发展，可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术有了巨大的进步， 该技术利用气体分子对光的吸收测量气体浓度，具有非接触测量、响应速度块、良好的选择 性、测量精度高等优点，可以满足不同环境下气体浓度的测量，近年来，得到很多研究人员 的青睐。目前已经有了超过1000种TDLAS仪器应用于连续排放监测以及工业过程控制等领 域，每年全球出售的TDLAS检测仪器占据了红外气体传感检测仪器总数的5％～10％，实现 了不同领域气体浓度、温度、流速等参数的高精度探测，为各领域的发展提供了重要的技术 保障。

传统的TDLAS直接吸收光谱技术通过测量无气体吸收时的光谱信号或对透射激光强度 信号I_t无吸收区域进行多项式拟合来获得初始激光强度I₀，再对进行拟合积分获得积 分吸光度，最后利用比尔朗伯定律求得气体浓度。在计算积分吸光度时，往往需要标准具或 者波长计将吸收光谱信号从时域转换至频域，这增加了设备的复杂性与成本。

现有技术中，一种TDLAS气体浓度检测方法(公开号为CN108181266B)，包括如下步骤：D、计算步骤C中的5种吸收峰面积作为目标气体的浓度特征量，以吸收峰面积为 x、目标气体的5种实际浓度为y进行线性拟合，得到实际浓度-吸收峰面积定标模型；E、 向气体池中通入未知浓度的待检测气体，待光谱稳定后，测得待测光谱，与步骤A得到的 标准零光谱按光谱锯齿波下降沿进行光谱缩放和对齐，将对齐后的光谱做差，提取光谱锯齿 波上升沿差值曲线得到待测光谱的吸收峰；F、计算待测光谱的吸收峰面积，将其代入步骤 D中的实际浓度-吸收峰面积定标模型中，计算得到待检测气体的浓度。确定未知浓度的待 检测气体的吸收峰面积，进而反演出待检测气体的实际浓度。该方案是利用浓度-吸收峰面 积定标模型进行气体浓度的计算，计算复杂度较高。

发明内容

本发明为克服上述现有技术气体浓度测量额外的辅助工具较多，计算复杂的缺陷，提供 一种基于TDLAS的气体浓度测量方法及系统。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于TDLAS的气体浓度测量方法，包括以下步骤：

S1、获取环境参数和光谱参数；

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lorentz线型下的最大半高全宽FWHM；

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；

S5、用X1计算lorentz线型下的FWHM，记为Δv_c1；

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(ν)，记为 φ_v(v₀)；

S7、将φ_v(ν0)代入浓度计算公式计算浓度，记为X2；