一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的装置和方法制造方法及图纸
【技术实现步骤摘要】
一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的装置和方法
本专利技术涉及一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的装置，还涉及一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的方法，属于激光吸收光谱
技术介绍
可调谐激光吸收光谱技术利用被测气体中组分的激光吸收特性，可以实现组分浓度、温度、压强、速度等参数的在线测量。作为一种光学测量技术，可调谐激光吸收光谱技术具有非接触式、高灵敏度、高时间分辨率等特点，在大气环境检测和燃烧诊断等领域具有广阔的应用前景。可调谐激光吸收光谱技术主要分为直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术两种方法。压强和组分浓度是流场中十分重要的参数，在被测气体区域，压强对谱线的福伊特线型展宽存在影响，因此实时准确地测量压强对气体浓度的测量十分必要。与点测量的传统压强传感器不同，可调谐激光吸收光谱技术测量结果反映的是整个流场内部的压强。直接吸收光谱技术通过处理透射光强和入射光强的比值得到气体吸收系数，从而得到气体参数信息。该方法技术操作简单，无需标定，通过福伊特线型拟合得到碰撞展宽，从而得到压强，但该方法对于基线拟合误差敏感，容易受低频噪声的影响。波...
【技术保护点】
一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的装置，其特征在于：依次包括函数发生器、温度电流控制器、分布反馈式激光器和激光分束器；函数发生器编译的波形函数经温度电流控制器调控后，再用分布反馈式激光器对出光进行波长调制，调制后的激光通过激光分束器，一路经准直透镜准直后通过测量区域得到吸收信号通过光电探测器传入信号采集系统中；一路先采用准直透镜准直，再经对应波长标准具来确定出光频率和时间的关系，透射光强穿过光电探测器接入信号采集系统进行储存与算法处理；测量区域通过球形阀分别连接真空泵和压强表，真空泵用来调节测量区域的气体压强，压强表用来测量测量区域的气体压强。
【技术特征摘要】
1.一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的装置，其特征在于：依次包括函数发生器、温度电流控制器、分布反馈式激光器和激光分束器；函数发生器编译的波形函数经温度电流控制器调控后，再用分布反馈式激光器对出光进行波长调制，调制后的激光通过激光分束器，一路经准直透镜准直后通过测量区域得到吸收信号通过光电探测器传入信号采集系统中；一路先采用准直透镜准直，再经对应波长标准具来确定出光频率和时间的关系，透射光强穿过光电探测器接入信号采集系统进行储存与算法处理；测量区域通过球形阀分别连接真空泵和压强表，真空泵用来调节测量区域的气体压强，压强表用来测量测量区域的气体压强。2.一种利用波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，通过现场测量得到零吸收背景信号I0和透射光强信号It，使用锁相放大和数字低通滤波器处理I0、It信号，得到测量信号的各次谐波信号；设置n的初始值为0，同时给出待测气体压力和浓度的初始值分别为P0、X0，并设定收敛阈值ε；步骤2，计算It对应的扣除背景的二次谐波信号，记为提取三个峰值，计算出两侧峰值之和与中心峰值的比值，记为RM；计算It对应的一次谐波归一化二次谐波信号，记为提取的中心峰值，记为KM；步骤3，结合组分浓度Xn、I0和Beer-Lambert定律，仿真不同压力P下的透射光强对进行参数相同的锁相放大和数字滤波处理，计算对应的扣除背景的二次谐波信号，记为提取的的三个峰值，计算出两侧峰值之和与中心峰值的比值，记为RP，得到压力P与RP的关系曲线P-RP曲线；步骤4，将RM带入步骤3中的P-RP曲线，使用插值的方法计算得到Pn+1；步骤5，结合压力Pn+1、I0和Beer-Lambert定律，仿真不同浓度X下的透射光强对进行参数相同的锁相放大和数字滤波处理，计算对应的一次谐波归一化的二次谐波信号，记为提取的的中心峰值，记为KX，得到浓度X与KX的关系曲线X-KX曲线；步骤6，将KM带入步骤5中的X-KX曲线，使用插值的方法计算得到Xn+1；步骤7，判断是否满足：|Xn+1-Xn|/Xn＜ε；若满足，则迭代终止，将Pn+1、Xn+1作为待测气体的压强和组分浓度输出；若不满足，则令n＝n+1，返回步骤3，重复步骤3～步骤7，直至满...
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