一种激光拉曼气体分析仪的标定和检测气体浓度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光拉曼气体分析仪的标定和检测气体浓度的方法，本发明的标定方法由被标定气体和中间载气的拉曼散射光谱图，得到一个比值常量，根据气体的物理特性，这个标定常量不受温度、压力和环境等因素的影响。故可将所有已知气体分别与中间载气进行标定，建立一个各种气体与中间载气的标定数据库。此数据库可直接用于拉曼气体分析仪中利用拉曼散射的光谱图对气体浓度进行检测，从而使分析仪免除标定，大大的降低了激光拉曼气体分析仪的运行及维护成本。
【专利说明】一种激光拉曼气体分析仪的标定和检测气体浓度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光拉曼气体分析仪的标定和检测气体浓度的方法，特别是一种 拉曼气体分析仪中用于检测多种气体浓度的标定和检测气体浓度的方法。
【背景技术】
[0002] 光照射到物质上时会发生散射。在发生散射时，大部分散射光的波长并不发生变 化，这种波长不发生变化的散射称为瑞利散射；少部分散射光的波长会增大或减小，这种波 长发生变化的散射称作拉曼散射，其对应的光谱称为拉曼光谱。
[0003] 拉曼光谱图是利用拉曼光谱对物质进行分析的依据，定波长激光拉曼散射技术是 目前最先进的气体测量技术之一，近些年得到了迅猛的发展，被认为是具有革命性变革的 全新测量方法。
[0004] 气体分析仪的测量离不开标定，现有传统的分析仪的标定方法大多为用不同浓度 的被检气体与中间载气进行混合，产生一个气体浓度与电信号之间的拟合曲线，之后检测 的被检气体浓度由拟合的曲线得到。这种传统的标定方法过程太过繁琐，激光气体分析仪 的运行及维护成本很高。而本发明所述的标定方法，在国内外技术文献中，均未被采用，是 一项全新的技术。
【发明内容】
[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种使分析仪免除标定， 大大的降低了激光拉曼气体分析仪的运行及维护成本的。
[0006] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0007] -种激光拉曼气体分析仪的标定和检测气体浓度的方法，其特征在于，包括标定 步骤以及气体浓度检测步骤，具体是：
[0008] 激光拉曼气体分析仪的标定步骤，具体如下：
[0009] 步骤1. 1.在进气口通入体积比在4:6?6:4范围的被标定气体与中间载气（标定 用的中间载气一般为氮气，但不排除其他可用于做为中间载气的气体。），待混合气稳定；
[0010] 步骤1.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生 光谱图信号；
[0011] 步骤1. 3.光谱图采集器采集对应的被标定气体与中间载气的光谱图；
[0012] 步骤1. 4.数据分析模块根据对应的被标定气体与中间载气所得的光谱图，得到 一个比值常量
【权利要求】
1. 一种激光拉曼气体分析仪的标定和检测气体浓度的方法，其特征在于，包括标定步 骤以及气体浓度检测步骤，具体是： 激光拉曼气体分析仪的标定步骤，具体如下： 步骤I.1.在进气口通入体积比在4:6?6:4范围的被标定气体与中间载气，待混合气 稳定； 步骤1.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生光谱 图信号； 步骤1. 3.光谱图采集器采集对应的被标定气体与中间载气的光谱图； 步骤1.4.数据分析模块根据对应的被标定气体与中间载气所得的光谱图，得到一个 比值常量
其中，V#、V?分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n#、分别为被标定 气体和中间载气的浓度，并且光谱图中得到的是'、￥&1^、1^已知； 步骤1. 5.更换被标定的气体，重复步骤1?4,完成所有已知气体的对应标定，建立一 个标定数据库1
所述气体浓度检测步骤包括两个选择步骤， 选择步骤一：含有标定中使用的中间载气且中间载气浓度较高的n+1种混合气体浓度 检测步骤，本步骤根据标定数据库kSi，能够计算出各个气体组份的浓度，完成气体浓度的 检测，具体如下： 步骤2.1.在进气口通入检测定混合气体与中间载气，待混合气稳定； 步骤2.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生光谱 图信号； 步骤2. 3.光谱图采集器采集对应的被标定气体与中间载气的光谱图； 步骤2. 4.数据分析模块根据对应的被标定气体与中间载气所得的光谱图，得到V#H、V s，根据标定数据库可得
其中，VMi、\^分别为混合气体中的某一种气体和中间载气光谱图的波峰高度；nMi、n^分别为混合气体中的某一种气体和中间载气的浓度，并且光谱图中得到的是V#H、VS，k# i从标定步骤得到的标定数据库中已知； 步骤2. 5?由式ni^+ni^+. ? ? +nMn+n载=1，可计算出中间载气的浓度n载，从而也可计 算出其他n种混合气中其他气体的浓度i; 选择步骤二：不含标定中使用的中间载气或者中间载气浓度较低的n+1种混合气体浓 度检测步骤，本步骤根据标定数据库kSi，即可计算出各个气体组份的浓度，完成气体浓度 的检测，具体如下： 步骤3.1.在进气口通入检测定混合气体，待混合气稳定； 步骤3.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生光谱 图信号； 步骤3. 3.找到一种气体的光谱图幅值比较大，将此气体作为实际测量载气，定为第 n+1种气体； 步骤3. 4.光谱图采集器采集对应的被标定气体与实际测量载气的光谱图； 步骤3. 5.数据分析模块根据对应的被标定气体与实际测量载气所得的光谱图， 丫守到V测i、V测(n+1)，根据标定数据库可得
由
得到
其中，v#u、V#Hn+1)分别为混合气体中的某一种气体和实际测量载气光谱图的波峰高 度；n#H、n#Hn+1)分别为混合气体中的某一种气体和实际测量载气的浓度，并且光谱图中得 到的是V测i、V测（n+1)，k标i、k标（n+1) 从从标定步骤得到的标定数据库中已知； 步骤3. 6?由式n测丨+n测2+. ? ? +n测n+n测j (n+1) = 1，可计算出头际测里载气的浓度n测j (n+1)， 从而也可计算出其他n种混合气中其他气体的浓度n_ i。
【文档编号】G01N21/65GK104267019SQ201410584402
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】熊友辉, 刘志强, 聂晓楠, 江坤, 田蕾, 石平静 申请人:武汉四方光电科技有限公司