用于测量测试气体中的气体成分浓度的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于波长调制光谱学(WMS)的、用于气体分析的方法，在该方法中，在调制频率的谐波中解调所获得的测量信号(13)并且通过使额定曲线(19)拟合到解调的测量信号(13′)的变化曲线上分析出测量结果(17)。为了减少由于干扰影响(例如：温度变化，干扰气体的浓度变化)所产生的测量结果的变化，无论是解调的测量信号(13′)还是额定曲线(19)均利用相同的过滤函数(滤波器15，20)过滤，其中，过滤函数设计用于，抑制干扰信号部分，其既与解调的测量信号(13′)的有效信号部分发生干涉也与额定曲线(19)发生干涉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种用于借助气体分析仪测量测试气体中的气体成分浓度的方法，其中，为了取决于波长地扫描气体成分的所关注的吸收谱线，能调谐波长的光源的光波长在周期性的依次连续的扫描间隔(Abtastintervalle)中变化并且在此附加地利用频率来调制，引导所调制的光穿过测试气体到探测器上，由探测器产生的测量信号在频率的谐波中解调，并且通过使额定曲线拟合到解调的测量信号的变化曲线上而产生测量结果。
技术介绍
EP I 475 618 BI 公知了以下方法。在公知的方法中，激光二极管形式的能调谐波长的光源产生红外区域中的光，弓丨导光穿过待测量的过程气体(测试气体)并且随后探测光。光的波长调谐到相应的待测量的气体成分的特定吸收谱线，其中，周期性地取决于波长地扫描该吸收谱线。为此，在周期性的依次连续的扫描间隔内利用斜坡形或三角形的电流信号操控激光二极管。在较慢地扫描吸收谱线时，附加地利用高频率和小振幅正弦状地调制所产生的光的波长。由于吸收谱线的形态不是线性的，在探测时所获得的测量信号中也产生了调制频率的谐波。测量信号通常在η次谐波中、优选地在二次谐波中通过相位敏感的锁定(Lock-1n)技术解调，并且对于每个扫描间隔都分析出测量结果。在小的调制振幅时，η次谐波的探测直接与直接的测量信号的η次导数成比例。例如通过使理想情况下所期望的解调测量信号的变化曲线(额定曲线)拟合到其实际变化曲线(实际曲线)上(曲线拟合Curve-Fitting)来实现所述分析。由此时所获得的测量结果最终确定待测量的气体成分的浓度。气体分析仪内的温度变化能够导致测量结果的变化。气体分析仪的这种称为漂移(Drift)的特性决定性地限制了其测量性能和待实现的应用。此外，漂移的原因可能在于光路中的校准器(Etalons)。这些校准器在解调的测量信号的变化曲线中导致了在所期望的吸收信号的频率范围内的周期性结构。在曲线拟合时，这导致了错误拟合的函数并且导致了待测量的气体成分的所测定浓度和实际浓度之间的偏差。为了抑制这种干扰信号部分，由上述EP I 475 618 BI中公知，由光源产生的光的一部分直接引导到监视探测器上，并且在η次谐波中解调并分析所获得的监控信号。解调的监控信号相对于零线的每个偏差均基于以下光学干扰，其只要处在光源范围内或光路的由测量和监控信道共同使用的路线段中就也影响了测量信号。这种干扰以附加地利用η次谐波调制光的波长的方式通过预校正对光源的操控来补偿，其中，调制强度取决于解调了的监控信号。然而，使所产生的光的一部分脱耦到监控探测器上引起了结构上的和接线技术上的费用增长，这伴随着更高的干扰敏感度。另外，不能补偿在测量和监控信道的共用部段之外出现的测量信号干扰。由EP 2 336 738 Al或EP I 927 831 Al公知了，通过机械地震动光源来改变光路长度并且由解调的测量信号求出干扰的周期性结构。但由此仅能够减少由平行的光学表面在光路中所产生的确定的干涉干扰。
技术实现思路
本专利技术基于以下目的，减少由干扰影响、例如气体分析仪中的温度变化而导致的测量结果中的变化。根据本专利技术，该目的由此来实现，即在开头所述类型的方法中，无论是解调的测量信号还是额定曲线均利用相应的相同过滤函数来过滤，其中，过滤函数设计用于，抑制解调的测量信号的以下干扰信号部分，其与解调的测量信号的有效信号部分发生干涉并且与额定曲线发生干涉。如果出现干扰，例如上述的校准器干扰主要出现在特定的频率中，该干扰能够通过过滤来减弱或从解调的测量信号中分离。如果测量信号的干扰信号部分和有效信号部分的光谱重叠，则滤波器也影响了有效信号；也就是说，所过滤的有效信号由于过滤而改变了它的形状。因此根据本专利技术，应当拟合到的额定曲线以与解调的测量信号相同的过滤函数来过滤。所过滤的额定曲线拟合到所过滤的解调的测量信号上。过滤的目的是，使干扰信号部分比有效信号部分更强地减弱并且因此实现了有效信号/干扰信号比的改善。当干扰信号部分和有效信号部分的光谱不同时，上述在原则上是可行的。因此，校准器的干扰信号部分比有效信号部分更宽且因此包含与有效信号相比更多的低频部分。根据本专利技术，过滤函数设计用于，过滤函数抑制解调的测量信号的以下干扰信号部分，其与解调的测量信号的有效信号部分发生干扰并且与额定曲线发生干扰。而只要到目前为止已经过滤了解调的测量信号，该过滤以适当的宽频形式进行，因为光谱随着吸收谱线的宽度而变化，而吸收谱线的宽度又取决于压力。因此，如下地选择到目前为止的过滤的带宽，使得无论是窄的还是宽的解调的测量信号均不受到干扰。但曲线拟合算法(Curve-Fit-Algorithmus)几乎不受到不包含在待拟合的信号中的频率的干扰并且由此自身具有良好的过滤作用。这意味着，与根据本专利技术的过滤不同，根据额定函数对滤波器或滤波函数的精确调整(滤波器匹配)仅产生了微小的改进，其中，干扰频率可能继续起作用，因为其与有效信号位于相同的区域内。由于干扰主要出现在低频区域内，所以优选地使用高通滤波器的过滤函数。这种方法的缺陷是，因为过滤掉了有效信号的信号部分而在恒定的环境温度下有较小信噪比。由此在恒定的环境温度下，温度相关性减小到指示极限(Nachweisgrenze)的成本。然而由于在恒定的环境温度下温度相关性明显大于噪声，所以能够忽略其缺陷。由此看出，通过平均化或卡尔曼过滤(Kalman-Filterung)能够相对简单地抑制噪声，而校准器干扰仅能够随后艰难地去除。【附图说明】下面参考附图以进一步阐述本专利技术，各个附当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助气体分析仪测量测试气体(1)中的气体成分的浓度的方法，其中，为了取决于波长地扫描所述气体成分的所关注的吸收谱线，能调谐波长的光源(3)的光(4)的波长在周期性的依次连续的扫描间隔中变化并且在此附加地利用频率(f0)来调制，引导所经调制的所述光(4)穿过所述测试气体(1)到探测器(5)上，由所述探测器(5)产生的测量信号(16)在所述频率(f0)的谐波(nf0)中解调，并且通过使额定曲线(19)拟合到经解调的所述测量信号(13′)的变化曲线上来产生测量结果，其特征在于，不管是经解调的所述测量信号(13′)还是所述额定曲线(19)均利用相同的过滤函数过滤，其中，所述过滤函数设计用于抑制经解调的所述测量信号(13′)的、与经解调的所述测量信号(13′)的有效信号部分发生干涉并且与所述额定曲线(19)发生干涉的干扰信号部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·比特，托马斯·汉凯维奇，克里斯托弗·沃尔夫冈·马夸特，阿德里安·穆哈，扬·奈格伦，凯乌韦·普莱班，弗朗茨·施泰因巴赫尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE