通过双重照明分析气体的方法技术

本发明专利技术的目的在于一种用于测量存在于气体中的气态物质(G

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过双重照明分析气体的方法
本专利技术的
是一种通过使用黑体或灰体类型的光源并测量由该光源发射的光波的吸收来分析气体的光学方法。
技术介绍
光学方法通常用于分析气体。传感器使得能够基于气体的组成物质具有彼此不同的吸收光谱特性这一事实来确定气体的成分。因此，如果已知气态物质的吸收光谱带，则可以使用比尔-朗伯定律通过估计穿过气体的光的吸收率来确定其浓度。该原理使得能够估计气体中存在的气态物质的浓度。根据最常用的方法，被分析的气体在光源和光电检测器(称为测量光电检测器)之间，光电检测器用于测量由待分析气体透射的光波，该光波部分地被光电检测器吸收。光源通常是发射红外光的光源，所使用的方法通常由术语“NDIR检测”来表示，缩写NDIR表示为非分散红外。这样的原理已经被频繁地实现，并且例如在文献US5026992或WO2007064370中描述。常用方法通常包括测量由光源发出的称为参考光波的光波，该参考光波不会被分析的气体吸收或以忽略不计的方式吸收。对参考光波的测量使得能够估计由光源发射的光波的强度，或者能够估计在没有被分析气体吸收的情况下由测量光电检测器检测到的光波。该技术被称为“双光束”。在气体存在下的光波与气体不存在下的光波之间的比较使得能够表征气体的吸收。这涉及例如根据被称为术语“吸收的NDIR”的技术确定气体中的气态物质的量。参考光波由参考光电检测器测量。该参考光电检测器可以涉及与测量光电检测器不同的参考光电检测器，并且被布置为面对光源放置，该参考光电检测器与参考光学滤波器相关联。参考光学滤波器定义参考光谱带，在该光谱带中待分析的气体没有明显的吸收。根据在US2011/0042570中描述的方法，使用测量光电检测器和参考光电检测器，这两个光电检测器检测相同光谱带中的光波，在当前情况下为吸收CO2的光谱带。参考光电检测器比测量光电检测器更靠近光源布置。通过分别由测量光电检测器和参考光电检测器测量的信号的比较使得关于光源发出的光波的强度的知识变得多余。文献FR3000548描述了一种CO2传感器，其包括在红外光谱带中的测量通道和在可见光谱带(0.4μm至0.8μm)中的参考通道。参考通道被认为不受测量气体中CO2浓度的影响。为了考虑到光源的发射光谱的演变，该文献描述了函数F的使用，该函数分别表示可见光谱带和红外光谱带中的光源的老化。函数F由一个标识函数近似：因此，红外光源的老化被认为等于可见光源的老化。专利技术人已经发现，使用参考光波可能具有某些缺点。专利技术人提出了一种使得可以克服这些缺点的方法，从而提高测量精度。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于一种用于测量气体中存在的气态物质的量的方法，所述气态物质能够吸收在吸收光谱带中的光，该方法包括以下步骤：a)将气体放置在光源和测量光电检测器之间，光源能够发射入射光波，入射光波传播通过气体到达测量光电检测器；测量光电检测器能够检测在吸收光谱带中由气体透射的光波；b)用光源对气体进行照明；c)用测量光电检测器测量在包含吸收光谱带的测量光谱带中由气体透射的光波的强度，该强度称为测量强度；d)用参考光电检测器测量在参考光谱带中由光源发射地被称为参考光波的光波的强度，该强度称为参考强度；在多个测量时间实施步骤b)至d)，该方法包括在每个测量时间：e)根据参考光电检测器测量的参考强度，以及根据测量光电检测器测量的测量强度，估计气体对入射光波的吸收；f)根据步骤e)估算的吸收率估算气态物质的量；该方法的特征在于，步骤e)包括考虑校正函数，该校正函数表示在测量光谱带中入射光波的强度相对于在参考光谱带中入射光波的强度的时间变化。光源可以包括灯丝，该灯丝被升高到允许照明光谱带中的光发射的温度。校正函数可以表示以下各项之间的比较：-在测量光谱带中入射光波的强度；-在参考光谱带中入射光波的强度；比较在不同的测量时间采用不同的值。比较可以表示为比率或减法的形式。优选地，在校准阶段期间预先建立校正函数，包括以下步骤：cal-i)放置面向测试测量光电检测器和面向参考测试光电检测器的测试光源，测试光源、测试测量光电检测器以及参考测试光电检测器分别代表光源、测量光电检测器和参考光电检测器；cal-ii)在校准周期内的校准时间期间，通过测试光源对测试测量光电检测器和测试参考光电检测器进行照明；cal-iii)将由测试测量光电检测器在测量光谱带中检测到的强度的时间变化和由测试参考光电检测器在参考光谱带中检测到的强度的时间变化进行比较。测试光源可以是脉冲式的，其中每个脉冲对应于一个校准时间。校准周期可以包括至少1000个校准时间。可以在不同的校准时间基于以下各项之间的比较来建立校正函数：-由测试测量光电检测器检测到的强度，通过由测试测量光电检测器检测到的初始强度进行归一化；-由测试参考光电检测器检测到的强度，通过由测试参考光电检测器检测到的初始强度进行归一化。初始强度指的是在校准周期的初始时间测量的强度。步骤e)可以包括根据在测量时间测量的参考强度以及根据校正函数估算在没有气体的情况下在测量时间由测量光电检测器在测量光谱带中将检测到的强度。其可以包括根据在测量时间测量的参考强度以及根据校正函数对测量强度进行校正，校正后的测量强度对应于在没有光源老化的情况下的测量强度。本专利技术的第二个目的在于一种用于确定气体中气态物质的量的装置，该装置包括：-光源，其配置为发射向气体传播的入射光波，该入射光波处于气态物质的吸收光谱带中；-测量光电检测器，其能够在测量光谱带中在不同测量时间检测由气体透射的光波，并且能够测量其强度，该强度称为测量强度；-参考光电检测器，其配置为在参考光谱带中在不同测量时间测量由光源发射的参考光波的强度，该强度称为参考强度；-处理器，其用于根据参考强度和测量强度实施根据本专利技术的第一个目的方法的步骤e)和f)。通过以下对本专利技术的特定实施例的描述，其他优点和特征将变得更加明显，所述描述通过非限制性示例的方式给出，并在下面列出的附图中示出。附图说明图1A示出了允许实现本专利技术的装置的示例。图1B示意性地示出了黑体类型的光源的发射光谱。图2A示出了在两个不同的光谱带中观察到的由光源发射的光强度的降低。图2B示出了在测量光谱带中的光源的发射率的损失与在参考光谱带中的光源的发射率的损失的函数关系。图2C示出了在测量光谱带中的光源的发射率的损失与在参考光谱带中的光源的发射率的损失的函数关系，其中考虑了在三种不同电源电压的光源。图3示出了分别根据常规方法和根据本专利技术考虑以校正光源的发射率的损失的参考强度。图4示出了实现本专利技术的方法的主要步骤。具体实施方式图1A是用于分析气体的装置1的示例。该装置包括限定内部空间的腔室10，在所述内部空间中具有：-光源11，其能够发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量气体中存在的气态物质(G

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180205 FR 18509561.一种用于测量气体中存在的气态物质(Gx)的量(cx)的方法，所述气态物质能够吸收在吸收光谱带(Δx)中的光，所述方法包括以下步骤：
a)将气体放置在光源(11)和测量光电检测器(20)之间，所述光源(11)能够发射入射光波(12)，所述入射光波传播通过气体到达测量光电检测器(20)；
b)通过所述光源(11)对气体(G)进行照明；
c)通过所述测量光电检测器(20)测量在包含吸收光谱带(Δx)的测量光谱带(Δ20)中由气体透射的光波(14)的强度(I(k))，所述强度称为测量强度；
d)通过参考光电检测器(20ref)测量参考光波(12ref)的强度(Iref(k))，所述强度称为参考强度，所述参考光波由光源(11)在参考光谱带(Δref)中发射；
在多个测量时间(1...k...K)实施步骤b)至d)，所述方法在每个测量时间包括：
e)根据所述参考光电检测器测量的参考强度(Iref(k))，以及所述测量光电检测器测量的测量强度(I(k))，估计所述气体对入射光波(12)的吸收率(abs(k))；
f)根据步骤e)估计的吸收率来估计所述气态物质(Gx)的量(cx(k))；
所述方法的特征在于，步骤e)包括考虑校正函数(δ)，所述校正函数表示在测量光谱带(Δ20)中的入射光波(12)的强度相对于在参考光谱带(Δref)中的入射光波(12)的强度的时间变化；
并且在于，所述校正函数(δ)是在校准阶段预先建立的，包括以下步骤：
cal-i)放置面向测试测量光电检测器(20')和面向测试参考光电检测器(20'ref)的测试光源(11')，所述测试光源、所述测试测量光电检测器
以及所述测试参考光电检测器分别代表光源(11)、测量光电检测器(20)和参考光电检测器(20ref)；
cal-ii)在校准周期内的校准时间期间，通过所述测试光源对测试测量光电检测器和测试参考光电检测器进行照明；
cal-iii)将由所述测试测量光电检测器在测量光谱带(Δ20)中检测到的强度(I'(k))的时间变化和由所述测试参考光电检测器在参考光谱带(Δref)中检测到的强度(I'ref(k))的时间变化进行比较。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校正函数(δ(k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：坦·特龙·勒，
申请(专利权)人：伊莱肯兹公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR