[发明专利]一种基于气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法

摘要

本发明公开了一种基于气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。可调谐激光光源输出光束进入到两端装有平凹高反射率腔镜的气体池，气体池内充入在激光器调谐范围内有窄吸收谱线的气体。对激光器输出波长进行调谐，得到气体吸收光谱。对测得的气体谱线做拟合处理，获得气体的谱线线宽。利用谱线线宽与压强的关系，得到测试过程中气体池内的压强参数。本发明利用窄吸收谱线气体的压力展宽线宽与压强的关系，可以同时对多个待校准的压力计进行实时校准，操作简单，无需对校准仪器做定期校准。

主权项

1.一种基于气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤(1)、波长可调谐激光入射到两端装有平凹高反射率腔镜的气体池，两平凹高反射率腔镜凹面相对构成稳定的衰荡腔，部分光从一端耦合进入腔内，在另一端输出的光经聚焦透镜聚焦到探测器上，得到衰荡腔输出信号；步骤(2)、调谐激光器输出波长，由数据采集卡记录各波长λ下光腔衰荡信号，并按单指数衰减函数拟合得各波长λ下的衰荡时间τ(λ)，利用关系式计算得到各波长λ下的气体吸收系数α(λ)，进而可绘制气体吸收系数α(λ)与波长λ关系曲线，即气体吸收光谱，其中τ₀为腔内没有吸收时的衰荡时间，c为光速；步骤(3)、在压强较大的情况下，因为大量分子之间的无规则碰撞，谱线展宽轮廓认为是洛伦兹轮廓，利用公式拟合吸收谱线，其中y是归一化的吸收强度，γ是拟合得到的谱线半高宽，λ₀是谱线的中心波长，a₁和A₀为常量；步骤(4)、在温度T的状态下，改变气体池内压强，重复步骤(2)和步骤(3)，同时记录待校准压力计读数P，得到不同压强读数下的谱线半高宽γ(P,T)；步骤(5)、由于洛伦兹线宽与压强成正比，当测量气体中吸收气体含量很低，即吸收气体所占的分压可忽略时，线宽与压强关系可以近似成其中，γ_air(P_ref,T_ref)为吸收气体在参考压强P_ref和参考温度T_ref下的压力展宽系数，P为总压强，n为一个与温度有关的系数，γ_air(P_ref,T_ref)和n的值都可从HITRAN红外光谱数据库中得到；步骤(6)、根据HITRAN红外光谱数据库中给出的吸收气体压力展宽系数γ_air(P_ref,T_ref)、实测温度T以及拟合得到的谱线半宽γ(P,T)，可以反推出气体池内的理论压强大小P_HITRAN，绘制待测压力计指示压强P与P_HITRAN的关系图，对待校准压力计进行校准。