[发明专利]基于WMRF模型的免定标波长调制光谱气体检测方法

摘要

本发明属于激光光谱技术领域，具体是一种基于WMRF新模型的免定标波长调制光谱气体检测方法。解决了目前用于气体浓度检测的免定标波长调制光谱技术存在的精度不高的技术问题。本发明采用了一个0.02cm‑1自由光谱区的标准具来分析调制信号引起的波长变化WMRF，观察到了幅度线性变化的一次谐波分量和幅度为常数的二次谐波分量，提出了一个描述WMRF的新模型。用此新模型，系统可以得到更精确的拟合结果，较以往系统，无需增加硬件模块以及人为操作，只需要在程序上进行改进，有利于开发应用。本发明技术方案简单，操作方便，不需要花费很多的人力及物力，其成本和使用方便程度容易被大多数应用部门所接受。

主权项

1.一种基于WMRF模型的免定标波长调制光谱气体检测方法，采用如下装置：函数发生器(1)，与函数发生器(1)的两个信号输出端相连接的加法器(2)、与加法器(2)信号输出端相连接的激光控制器(3)以及由激光控制器(3)控制的DFB激光器(4)；DFB激光器(4)的出射光路上设有分束器(5)，分束器(5)的一个出射端顺次设有第一准直镜(6)、气体吸收池(8)以及第一光电探测器(10)；分束器(5)的另一个出射端顺次设有第二准直镜(7)、标准具(9)以及第二光电探测器(11)；所述第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)的信号输出端均连接有电脑(12)；函数发生器(1)的第三个信号输出端与电脑(12)连接；其特征在于，所述气体探测方法包括如下步骤：(a)探测前采用下式：F(cos(ωt))＝(at+b)cos(ωt)+ccos(2wt+θ)拟合WMRF函数，式中a，b，c、θ均为待定常数，均与使用的DFB激光器(4)有关；通过标准具(9)探测得到DFB激光器(4)的波长变化v以及三角波扫描引起的波长变化vpoly，二者之差得到F(cos(ωt))的值，结合该值并根据上式进行拟合，进而得到a，b，c、θ四个系数的数值，也即拟合得到WMRF函数；(b)测量待测气体吸收后的光强信号，对吸收光强信号进行一次谐波解调和二次谐波解调，进而得到R2f/R1f；同时利用通过标准具透射峰拟合得到的vpoly和步骤(a)中得到的WMRF函数可以得到波长随时间的变化v，结合波长随时间的变化v、无吸收光强信号以及不同的气体浓度值这三个量并利用比尔朗博定律可以模拟得到模拟吸收光强，模拟吸收光强经过一次谐波解调和二次谐波解调，就可以得到模拟吸收光强的一次谐波解调信号和二次谐波解调信号，进而得到关于模拟吸收光强一次谐波解调信号的绝对幅度值Rs1f和二次谐波解调信号的绝对幅度值Rs2f，从而有Rs2f/Rs1f；(c)电脑(12)在相应软件的支持下判断Rs2f/Rs1f和R2f/R1f是否达到最佳拟合，如果是，则得到拟合浓度值，如果不是，代入另一个浓度值，重复拟合过程，直到得到拟合浓度值，该拟合浓度值就是待测气体的浓度值。