[发明专利]一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法

权利要求书

1.一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤1、确定待检气体在中红外光谱的吸收特性及检测方案；

步骤2、确定待检气体中红外光谱带电检测关键技术；

步骤3、待检气体中红外光谱带电检测装置的制备及测试。

2.根据权利要求1所述的一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，其特征在于：步骤1所述确定待检气体在中红外光谱的吸收特性的方法包括：

步骤1.1、基于分子动力学理论，分析待检气体的振动、转动能级及分布，针对4~8um区间待检气体在相对分子量大于100的气体背景下的光谱吸收能力；确定大分子气体背景下对待检气体分子吸收光谱展宽、强度的影响，模拟出分子红外吸收光谱，获取光谱分辨率优于0.4cm^-1的高精度吸收谱图；

步骤1.2、基于气体配分函数理论，确定温度对待检气体的红外吸收光谱影响，设计并完成待检气体的温度和压力试验；根据傅里叶变换红外光谱技术确定在不同温度和压力条件下的气体吸收光谱强度变化和展宽效应。

3.根据权利要求2所述的一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，其特征在于：步骤1所述检测方案的确定方法包括：

步骤1.3、确定激光吸收光谱技术、光声光谱技术或光腔衰荡红外光谱技术测量待检气体的可行性和优缺点；对吸收谱形状、幅度、波长位置及共存干扰物的干扰波长位置特性的研究和试验数据，根据中红外可选光源的发光原理、发射谱特性、输出功率和电调制特性因素，选择合适的探测波长位置和相应光源；开展红外光谱技术进行待检气体气体的比选试验，在满足同等性能指标前提下确定具有成本优势的光谱技术。

4.根据权利要求1所述的一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，其特征在于：步骤2所述确定待检气体中红外光谱带电检测关键技术的方法包括：

步骤2.1、气体吸收池材料选择材料密度大于2.6g/cm3，抗拉强度大于300MPa，电导率大于30S·m^-1，导热系数大于200W/（m·k），能够实现钝化和硫化表面处理工艺的材料；保证气体吸收池的刚性实现恒温控制保证结构稳定性，并达到ppb级别的防吸附特性；

步骤2.2、采用光路设计软件对光学气体吸收池进行光路设计，根据高斯光束的光路传输矩阵模型，对光路进行模拟仿真，根据气体的吸收光谱强度和确定的测量范围，进行满足测量光程需求的气体池光路设计；开展光路光噪声及光干涉模拟仿真分析，对光路噪声抑制方法进行分析提升气体池的有效光强，降低光噪声。

5.根据权利要求4所述的一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，其特征在于：步骤2所述确定待检气体中红外光谱带电检测关键技术的方法包括：

步骤2.3、从电流电压驱动、散热因素及环境温度参数对波长稳定性的影响进行分析，确定中红外探测器小信号采集放大及解调；根据光源波形函数和气体吸收谱型函数，理论研究温度、压力和浓度对气体吸光度的影响因素，为温度和压力补偿提供算法依据；进行气体吸收实验测试实验，根据测量到的温度、压力和光强信号数据，应用化学计量学算法，提出温度、压力补偿及浓度反演算法。

6.根据权利要求1所述的一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，其特征在于：所述待检气体中红外光谱带电检测装置的制备方法包括：

步骤3.1、通过辅助设计软件建立光学气体吸收池机械结构三维模型，根据有限元仿真分析软件对热变形、环境震动及承压能力环境因素进行仿真分析，对气密特性进行针对性设计；对研制的光学气体吸收池开展组装及光路调试，确保气体池密封性和调试气体池的有效光程；通入确定浓度的气体进行吸光度的测量，与理论计算进行对比，验证吸收池的光程；

步骤3.2、设计制作基于中红外量子级联激光器、锁相放大技术和长光程气体吸收池的带电气体检测装置。