[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

说明书

本发明公开了一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，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；解决了现有技术中气体带电检测装置均依靠各自的研究方案进行摸索，没有一套标准化的带电检测装置设计方案；带电检测装置的确定需要消耗大量人力物力，而且还不能及时走向实用化应用等技术问题。

技术领域

本发明属于气体检测技术，尤其涉及一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法。

背景技术

针对气体检测技术中，现有技术主要采用的方法有气相色谱法、傅里叶红外光谱法、碳纳米管传感器法或气-质联用法等。然而，碳纳米管传感器法实际未实用化，停留在实验室理论研究阶段，其他因方法对环境的要求高在实验室应用效果好，却不能用于便携带电检测故障特征组分，频繁钢瓶采集设备中气体回实验室检测会导致设备气压低告警，甚至造成断路器闭锁，不利于设备安全运行。

各行业迫切需要在现场带电检测故障特征气体组分，从而指示设备故障，光学方法因其稳定好，灵敏度高，抗干扰能力强，是形成带电检测的主流方法；在中红外区域，对气体组分有很好的吸收峰，然而，中红外光谱检测方法众多，包含激光光腔衰荡(CRDS)、激光光声光谱(PAS)或可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)等中红外激光光谱检测技术等，而各种检测方法研制的带电检测装置均依靠各自的研究方案进行摸索，没有一套标准化的带电检测装置设计方案；带电检测装置的确定需要消耗大量人力物力，而且还不能及时走向实用化应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，以解决现有技术中气体带电检测装置均依靠各自的研究方案进行摸索，没有一套标准化的带电检测装置设计方案；带电检测装置的确定需要消耗大量人力物力，而且还不能及时走向实用化应用等技术问题。

本发明技术方案：

一种基于中红外光谱带电检测气体的装置的设计方法，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。

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。

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。

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；