>[0028]3、由于近红外波段所存在的气体的吸收峰种类较少，因此通过测量不与待测气体中其他气体组分的吸收峰相重合的水汽吸收峰可以更准确的获得水汽浓度值。十分有利于对气体池内气体浓度的自动控制。
[0029]综上所述，本发明结构紧凑，可精确有效的测量、调节待测气体中水汽浓度，并以此准确、快速的消除傅里叶变换红外光谱中水汽吸收峰干扰的影响。可增加傅里叶变换红外光谱的污染物测量种类，大幅拓展其应用场合。
【附图说明】
[0030]图1为现有的傅里叶红外光谱气体检测系统的原理示意图。
[0031]图2是本发明的一种傅里叶变换红外光谱气体检测中具有自动消除水汽干扰能力的系统的原理示意图。
[0032]图3是根据本发明的一个实施例的一种傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的流程示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0034]现有的傅里叶变换红外光谱气体检测系统一般如如图1所示。主要包含带有干涉仪单元I和信号接收与处理单元3的傅里叶变换红外光谱仪，气体池2，计算机4，纯氮气储罐5，待测气体储罐6，减压阀一 7和减压阀二 8，电控三通阀9等，其中气体池2中的反射镜与干涉仪单元I和信号接收与处理单元3连接，待测气体储罐6与电控三通阀9的一个口相连且连接管路上有减压阀二 8，纯氮气储罐5与电控三通阀9的第二个口相连且连接管路上有减压阀一 7，电控三通阀9的第三个口与气体池2的进气口 10相连，气体池2还带有出气口，信号接收与处理单元3与计算机4相连。
[0035]其工作原理为:由干涉仪单元I发出的红外光束通过气体池2后由信号接收与处理单元3接收与处理，将测量得到的光谱结果传入计算机4中。当测量某待测气体的组分时，分别通过电控三通阀9将减压后的待测气体与纯氮气分别注满气体池2，并测量它们各自的光谱，通过对比两者的光谱获得红外光束通过待测气体的吸收光谱，并可由其对待测气体进行成分分析。但水汽吸收峰干扰的存在将严重影响多种重要污染气体的分析精度。
[0036]由此，本发明提供了自动消除水汽干扰的傅里叶变换红外光谱气体检测系统，其原理图如图2所示。除包含图1即普通傅里叶变换红外光谱气体测量系统中所有组件外，另包含可调谐激光器12，分束器一 13，反射镜一 14与反射镜二 15，红外探测器一 16，分束器二 17，波长计18和红外探测器二 19。
[0037]可调谐激光器12发出所需波长的激光，通过分束器一 13分为光强能量为98:2的两束，其中能量为98 %的激光束通过反射镜一 14反射，入射入气体池2中，再经过气体吸收后射出气体池2，并经过反射镜二 15反射，被红外探测器一 16接收测量光强大小；能量为2%的激光束入射入分束器二 17，被分束器二 17分为两束光强相等的激光束；其中一束入射入波长计18中，测量获得激光的波长值，并根据该值控制可调谐激光器12的波长输出；另外一束激光束被红外探测器二 19接收测量光强大小。
[0038]通过对比由红外探测器一 16与红外探测器二 19测量得到的光强大小，可以获得激光在入射入气体池2时受到池中气体吸收衰减的光强大小。再结合波长计18测量得到的此时的激光波长值，可以获得对于特定的波长的激光在气体池2中光强的吸收衰减。
[0039]之后通过调节可调谐激光器12发出的激光波长在水汽吸收光谱的吸收峰区域扫描，可以获得气体池2内待测气体中水汽吸收峰的吸收强度，并以此通过计算机4计算获得此时气体池内的水汽浓度。达到对气体池内水汽浓度的监测。
[0040]在对待测气体进行水汽干扰消除时，其流程图如图3所示。
[0041]先将待测气体注满气体池2，并通过傅里叶变换红外光谱技术测量获得其光谱图，并由可调谐激光吸收光谱技术实时监测气体池内待测气体中的水汽浓度。
[0042]以此为依据，由计算机4通过与预定的目标水汽浓度值进行比较(其中预定的目标水汽浓度值应低于气体前处理装置的除水下限)，控制电控三通阀9的开关，向气体池2内待测气体中通入适量纯氮气，使池内混合气体的水汽浓度达到预定目标浓度值。
[0043]由傅里叶变换红外光谱技术测量获得此时气体池气体的光谱图，由于此光谱图是通入氮气稀释后其水汽浓度调节至预定值的光谱图，因此可以由计算机4用差减法与预先测量获得的此预定浓度值的纯水汽参考谱图相减，获得消除了水汽吸收峰干扰后的光谱图。用以根据经典最小二乘法或主元素法[梁逸曾，化学计量学，北京，高等教育出版社，2009.118.]计算稀释后待测气体中的其它气体组分各自的浓度信息。
[0044]最后通过可调谐激光吸收光谱技术监测到的气体池内通入氮气前、后的水汽的浓度值来计算通入的氮气所占气体池总气体的比例，并以此计算获得稀释过程的稀释比η，对获得的稀释后气体中待测组分的浓度值C1进行修正，获得通入氮气稀释前待测气体中各组分原先的浓度Q。其计算公式为:
[0045]C0= C1Zn
[0046]应当理解的是，在以上叙述和说明中对本发明所进行的描述只是说明而非
[0047]限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。
【主权项】
1.一种傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的方法，其特征在于，包括如下步骤: 先将待测气体注满气体池(2)，通过傅里叶变换红外光谱技术测量获得其光谱，再通过可调谐激光吸收光谱技术实时监测气体池(2)内水汽浓度； 与预定的目标水汽浓度值进行比较，控制向气体池(2)内污染气体中通入纯氮气，使池内混合气体的水汽浓度达到预定目标浓度值，由傅里叶变换红外光谱技术测量获得此时气体池气体的光谱，再用差减法将所得光谱与预先测量获得的此预定浓度下的水汽参考谱相减，获得消除了水汽干扰后的测量光谱； 根据可调谐激光吸收光谱技术监测到的气体池(2)内通入纯氮气前后的水汽浓度，计算通入纯氮气的体积，并以此对由消除了水汽干扰后的测量光谱得到的待测物质的浓度进行修正，从而获得通入纯氮气前待测气体中各组分的浓度。
2.根据权利要求1所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的方法，其特征在于，所述通过可调谐激光吸收光谱技术实时监测气体池内水汽浓度的方法是:利用一个可调谐激光器(12)作为光源发出激光，通过分束器一(13)将激光分束，一束经过气体池⑵后被红外探测器一(16)接收测量光强大小，另一束被分束器二(17)再次分束，再次分束后的一束由波长计(18)测量激光波长，再次分束后的另一束被红外探测器二(19)接收测量光强大小，通过比较红外探测器一(16)和红外探测器二(19)接收到的光强值获得激光光束在气体池中被待侧气体所吸收的吸收率，再通过水汽浓度与吸收率的对应曲线求得水汽浓度。
3.根据权利要求2所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的方法，其特征在于，所述激光的波长选择为处于近红外波段与待测气体吸收峰不重合的水汽吸收峰。
4.根据权利要求1所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的方法，其特征在于，所通入纯氮气前待测气体中各组分的浓度计算公式为:C0= C1/ η 其中，Ctl为组分浓度，n为通入的纯氮气在气体池内所占的体积比，C1S消除了水汽干扰后的测量光谱得到的待测物质的浓度。
5.傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的装置，包括气体池(2)，气体池(2)中的反射镜与傅里叶变换红外光谱仪的干涉仪单元(I)和信号接收与处理单元(3)连接，储存待测气体的待测气体储罐(6)与电控三通阀(9)的一个口相连，储存纯氮气的纯氮气储罐(5)与电控三通阀(9)的第二个口相连，电控三通阀(9)的第三个口与气体池(2)的进气口(10)相连，信号接收与处理单元(3)与计算机(4)相连， 其特征在于: 还包括可调谐激光器(12)，可调谐激光器(12)输出的激光通过分束器一(13)分束，一束经过气体池(2)后被红外探测器一(16)接收测量光强大小，另一束被分束器二(17)再次分束，再次分束后的一束由波长计(18)测量激光波长，再次分束后的另一束被红外探测器(19)接收测量光强大小，测量结果均送往计算机(4)。
6.根据权利要求5所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的装置，其特征在于，所述可调谐激光器(12)输出的激光的波长根据波长计(18)的测量结果实时控制在处于近红外波段与待测气体吸收峰不重合的水汽吸收峰。
7.根据权利要求5所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的装置，其特征在于，所述分束器一(13)按照光强能量98:2的比例分束，能量为98%的激光束经过气体池(2)，能量为2%的激光束被分束器二(17)再次分束。
8.根据权利要求5或7所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的装置，其特征在于，所述分束器二(17)按照光强能量1:1的比例分束。
9.根据权利要求5所述傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的装置，其特征在于，所述可调谐激光器(12)为近红外可调谐激光器。
【专利摘要】一种傅里叶变换红外光谱气体检测中自动消除水汽干扰的方法，通过辅以可调谐激光吸收光谱技术从特定波段实时监测气体池内水汽浓度，以此为依据向池内待测气体中自动通入纯氮气，使池内混合气体的水汽浓度达到预定浓度值，再用差减法通过与预先测量获得的此预定浓度下的水汽参考谱相减，消除水汽干扰，计算出此时已被氮气稀释后的待测气体中各组分浓度，由通入纯氮气前后气体池内气体的水汽浓度值计算获得氮气通入造成的对待测气体的稀释比，计算出稀释前的待测气体中各组分浓度，本发明将赋予傅立叶变换红外光谱技术自动、快速消除气体检测中水汽干扰的能力，实现对未知污染气体的快速检测。
【IPC分类】G01N21-39
【公开号】CN104819958
【申请号】CN201510256561
【发明人】王昕 , 李岩, 尉昊赟
【申请人】清华大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月19日