基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测装置及方法制造方法及图纸

技术编号：41226533 阅读：5 留言：0更新日期：2024-05-09 23:44

本发明专利技术提供基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测装置及方法，涉及红外激光遥测技术领域，对激光遥测相关影响参数进行采集、分析，并生成红外激光遥测评估系数，本发明专利技术首次对红外激光遥测的温度、其他气体浓度、杂射光干扰、设备抖动进行综合分析，构建模块构建相关坐标系，采用多个采集模块采集相关参数，并对这些参数进行预处理，生成吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数，通过分析模块对吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数进行相关性分析，得到反映了红外激光遥测准确性的红外激光遥测评估系数，通过与影响阈值相比对，输出红外激光遥测数值的准确度等级。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外激光遥测，具体为基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测装置及方法。

技术介绍

1、红外激光遥测是一种利用红外激光技术进行远距离气体浓度测量的方法。它通常用于测量大气中的气体浓度，包括但不限于氢气、二氧化碳、甲烷、氨、氮氧化物等，激光遥测利用激光束与大气中的氢气发生光谱吸收相互作用，通过检测被吸收的激光强度变化来确定目标区域的氢气浓度。在工业生产的高温真空炉中，需要注入氢气来对材料进行还原，而高温真空炉老化或者出现其他故障时，会导致氢气泄露，具有一定的危险性，因而需要使用红外激光遥测远距离检测高温真空炉是否发生氢气泄露，及时提醒相关工作人员。

2、现有技术中的，公开号为cn116465841a的中国专利技术专利提供了一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法及系统。方法包括：确定目标吸收光谱区间、目标吸收光谱、每一种待测气体的目标检测波长以及干扰气体，对干扰气体进行光谱检测，得到干扰气体的吸收光谱；根据吸收光谱，确定相对吸光度系数；对所有待测气体的混合气体进行光谱检测，得到混合气体的吸收光谱；进而得到拥有独立峰的待测气体的吸光度；根据相对吸光度系数、拥有独立峰的待测气体的吸光度，计算待测气体的实际吸光度计算混合气体中的待测气体的浓度。其考虑了其他干扰气体的光谱，但未综合考虑其他影响气体浓度检测的因素，较为片面，无法准确的确定浓度数据是否可靠。

3、在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

<p>技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。

2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：

3、基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，具体步骤包括：

4、s1、采集测量区域气体浓度，所述气体浓度包括水汽浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度，并且采集激光发射端与激光接收端之间的距离；

5、s2、在激光发射端与激光接收端之间构建距离-浓度二维坐标系，其中激光发射端作为零点，激光发射端与激光接收端之间的距离作为x轴自变量，气体浓度作为y轴因变量，构建气体浓度函数；

6、s3、对气体浓度函数、大气压强、红外激光横截面面积、光透过率公式进行预处理，生成吸光系数；

7、s4、构建杂射光二维坐标系，该坐标系重合于激光接收端平面，且x轴平行于水平面，入射激光中心位于零点，采集杂射光干扰光点的坐标位置，对所述杂射光干扰光点的坐标位置进行预处理，生成杂射光干扰偏差系数；

8、s5、创建两个二维坐标系，分别定义为a坐标系和b坐标系，激光遥测未启动时，将a坐标系定位于激光发射端平面上，垂直于红外检测激光光路，零点为系统激光发射点，将b坐标系定位于激光发射接收端平面上，垂直于红外检测激光光路，零点为激光接收点，a、b坐标系的x轴均与水平面平行，激光遥测启动后，在a坐标系上采集激光发射端偏移数值，在b坐标系上采集激光接收端偏移数值，对激光发射端偏移数值和激光接收端偏移数值进行预处理，生成设备抖动偏差系数；

9、s6、采集高温真空炉表面温度并设定为测量温度，根据氢气分子配分函数与测量温度进行相关性分析，生成温度影响系数；

10、s7、对吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数进行分析，生成红外激光遥测评估系数，将红外激光遥测评估系数与影响阈值进行比对，判断红外激光遥测输出数值的可靠性。

11、进一步地，所述s1-s3中，水汽浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度的浓度占比分别用、、、、表示，水汽浓度函数表达式为：，二氧化碳浓度函数表达式为：，甲烷浓度函数表达式为：，氨气浓度函数表达式为：，一氧化碳浓度函数表达式为：，激光发射端与激光接收端之间的距离为，光透过率的公式为：，其中为入射激光光强，为出射激光光强，为吸光系数，表示其他气体对激光光谱的吸收影响，气体的浓度、压强、激光横截面面积、光透过率计算公式进行相关性分析，生成吸光系数，所依据的公式为：

12、；

13、其中，吸光系数与激光截面面积、大气压强成正比，为吸光影响权重，的取值范围为，为激光发射端与激光接收端之间的距离。

14、进一步地，所述s4中，所采集的杂射光干扰光点的坐标位置用、、、…、、…、表示，其中为正整数，依据杂射光干扰光点的坐标位置生成杂射光干扰光点横向综合位置和杂射光干扰光点纵向综合位置，所依据的公式为：

15、；

16、对杂射光干扰光点横向综合位置和杂射光干扰光点纵向综合位置进行相关性分析，生成杂射光干扰偏差系数，所依据的公式为：，其中，系数为光强影响因子，为激光入射光点与杂射光干扰光点的光强之比，杂射光干扰偏差系数反映杂射光对氢气检测光强的影响大小。

17、进一步地，所述s5中，所述激光发射端偏移数值包括发射端横坐标偏移以及发射端纵坐标偏移，所述激光接收端偏移数值包括接收端横坐标偏移以及接收端纵坐标偏移。

18、进一步地，对发射端横坐标偏移、发射端纵坐标偏移、接收端横坐标偏移以及接收端纵坐标偏移进行相关性分析，生成设备抖动偏差系数，所依据的公式为：

19、；

20、其中是设备抖动权重系数，取值范围为，设备抖动偏差系数表示红外激光遥测设备工作时抖动因素对遥测浓度数据结果的影响大小。

21、进一步地，所述s6中，所述测量温度的单位为开尔文，氢气分子配分函数是与测量温度相关的多项式函数，设定其为：，其中、、、的值可在hitran数据库中查询获得，在温度范围为时，、、、分别为，对测量温度和相关的多项式函数进行相关性分析，生成温度影响系数，所依据的公式为：

22、；

23、其中，为，、为分子配分函数，为普朗克常数，是跃迁频率，为玻尔兹曼常数，为自然数，为光速，为低跃迁态的能量，为测量温度，温度影响系数表示温度对红外激光遥测设备遥测浓度数据结果的影响大小。

24、进一步地，所述s7中，对吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数进行分析，生成红外激光遥测评估系数，所依据的公式为：

25、；

26、其中，杂射光干扰偏差影响因子，取值范围为，红外激光遥测评估系数反映了激光遥测综合评估质量。

27、进一步地，所述s7中，当红外激光遥测评估系数大于五倍的影响阈值时，表示红外激光遥测氢气浓度的数据参数为三级，表示可靠性为10%-50%；当红外激光遥测评估系数大于影响阈值，但小于等于五倍的影响阈值时，表示红外激光遥测氢气浓度的数据为二级，表示可靠性为50%-90%；当红外激光遥测评估系数小于等于影响阈值，表示红外激光遥测氢气浓度的数据为一级，表示可靠性为90%-100%。

28、本专利技术还提供了一种氢气泄露激光遥测检测装置，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述S1-S3中，所采集的水汽浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度的浓度占比分别用、、、、表示，水汽浓度函数表达式为：，二氧化碳浓度函数表达式为：，甲烷浓度函数表达式为：，氨气浓度函数表达式为：，一氧化碳浓度函数表达式为：，激光发射端与激光接收端之间的距离为，光透过率的公式为：，其中为入射激光光强，为出射激光光强，为吸光系数，表示其他气体对激光光谱的吸收影响，气体的浓度、压强、激光横截面面积、光透过率计算公式进行相关性分析，生成吸光系数，所依据的公式为：

3.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述S4中，所采集的杂射光干扰光点的坐标位置用、、、…、、…、表示，其中为正整数，依据杂射光干扰光点的坐标位置生成杂射光干扰光点横向综合位置和杂射光干扰光点纵向综合位置，所依据的公式为：

4.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测

5.根据权利要求4所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：对发射端横坐标偏移、发射端纵坐标偏移、接收端横坐标偏移以及接收端纵坐标偏移进行相关性分析，生成设备抖动偏差系数，所依据的公式为：

6.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述S6中，所述测量温度的单位为开尔文，氢气分子配分函数是与测量温度相关的多项式函数，设定其为：，其中、、、的值可在HITRAN数据库中查询获得，在温度范围为时，、、、分别为，对测量温度和相关的多项式函数进行相关性分析，生成温度影响系数，所依据的公式为：

7.根据权利要求2-6任意一项的所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述S7中，对吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数进行分析，生成红外激光遥测评估系数，所依据的公式为：

8.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述S7中，当红外激光遥测评估系数大于五倍的影响阈值时，表示红外激光遥测氢气浓度的数据参数为三级，表示可靠性为10%-50%；当红外激光遥测评估系数大于影响阈值，但小于等于五倍的影响阈值时，表示红外激光遥测氢气浓度的数据为二级，表示可靠性为50%-90%；当红外激光遥测评估系数小于等于影响阈值，表示红外激光遥测氢气浓度的数据为一级，表示可靠性为90%-100%。

9.一种氢气泄露激光遥测检测装置，用于执行权利要求1所述的一种氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：包括第一坐标系构建模块、第二坐标系构建模块、第三坐标系构建模块、气体浓度采集模块、干扰光点坐标采集模块、偏移坐标采集模块、测量温度采集模块、预处理模块A、预处理模块B、预处理模块C、预处理模块D、分析模块、比对模块；

...

【技术特征摘要】

1.基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述s1-s3中，所采集的水汽浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度的浓度占比分别用、、、、表示，水汽浓度函数表达式为：，二氧化碳浓度函数表达式为：，甲烷浓度函数表达式为：，氨气浓度函数表达式为：，一氧化碳浓度函数表达式为：，激光发射端与激光接收端之间的距离为，光透过率的公式为：，其中为入射激光光强，为出射激光光强，为吸光系数，表示其他气体对激光光谱的吸收影响，气体的浓度、压强、激光横截面面积、光透过率计算公式进行相关性分析，生成吸光系数，所依据的公式为：

3.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述s4中，所采集的杂射光干扰光点的坐标位置用、、、…、、…、表示，其中为正整数，依据杂射光干扰光点的坐标位置生成杂射光干扰光点横向综合位置和杂射光干扰光点纵向综合位置，所依据的公式为：

4.根据权利要求1所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：所述s5中，所述激光发射端偏移数值包括发射端横坐标偏移以及发射端纵坐标偏移，所述激光接收端偏移数值包括接收端横坐标偏移以及接收端纵坐标偏移。

5.根据权利要求4所述的基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于：对发射端横坐标偏移、发射端纵坐标偏移、接收端横坐标偏移以及接收端纵坐标偏移进行相关性分析，生成设备抖动偏差系数，所依据的公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝瑞，于明，陆振华，袁庆一，张泳，孙锋，陈晨，周佳霓，
申请(专利权)人：中机试验装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人