一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法

本发明涉及环境光学领域，具体涉及一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法。

背景技术：

1、激光吸收光谱技术具有灵敏度高、光谱分辨高、响应时间快、实时性好、抗干扰能力强等优点，在环境、工业等领域广泛用于温室气体排放测量、大气痕量气体检测、煤矿井下有害气体检测、石油储罐泄漏检测等。

2、激光吸收光谱技术用于气体浓度检测时，环境压强波动会对谱线展宽、谱线峰值和积分吸光度等均会产生影响，从而影响浓度测量准确性。现有的许多研究大多是利用公式直接计算得到压强值，或者通过压强传感器获得压强值。但利用公式直接计算得到压强值存在较大的误差，利用压强传感器测量精度不高，现有的方法或是利用额外传感器或是利用复杂算法，不仅增加了系统复杂度还增加了成本。

技术实现思路

1、鉴于现有技术方法存在的不足，本发明提出一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法，该方法不需要增加系统硬件结构、无需压强传感装置。

2、本发明解决上述问题的技术方案如下：

3、一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1.记录所测量氨气的实时温度t，探测光路信号序列记为d(m)，m为该信号对应序列位置；

5、步骤2.根据所述氨气实时温度t，利用式(1)得到自展宽系数γself和空气展宽系数γair；

6、

7、式(1)中，t0＝296k，n为温度依赖系数，可由hitran数据库查得，γself(t0)、γair(t0)可由hitran数据库查得；

8、步骤3.利用式(2)获取多普勒半高全宽δvd；

9、

10、式(2)中，v0为氨气中心波长对应的频率，m为氨气分子质量；

11、步骤4.对所述探测光路信号d(m)，进行基线拟合，实现归一化信号提取，得到归一化提取后的信号d’(m)；对所述的归一化提取后信号d’(m)，利用非线性迭代拟合，得到吸光度信号a’(m)，并获取所述吸光度信号a’(m)的vogit半高全宽值δνv，进行反演得到氨气浓度cnh3；

12、步骤5.将所述vogit半高全宽值δνv和所述多普勒半高全宽δvd带入式(3)，得到洛伦兹半高全宽δvl；

13、

14、步骤6.对所述自展宽系数γself、所述空气展宽系数γair、所述洛伦兹半高全宽δvl、氨气浓度cnh3，利用式(4)得到所述温度t对应的计算压强值p；

15、

16、式(4)中，cair为空气体积分数。

17、在上述技术方案的基础上，有以下进一步的技术方案：

18、1.控制待测氨气为不同压强，对不同压强依次探测并记录不同真值压强ps，得到一组计算压强值pi；重复权利要求1，得到一组待测氨气的计算压强值pi；将得到的一组计算压强值pi与得到的一组真值压强psi进行误差观察，得到系统误差σi，其中i为测量周期；

19、2.建立所述系统误差σi与所述的计算压强值pi的误差函数(5)。

20、

21、式(5)中a、b、c为拟合系数。

22、在上述技术方案的基础上，更进一步的技术方案为：

23、1.利用所述误差函数(5)，对权利要求1所述的计算压强值p，得到系统误差σ，消除系统误差σ后得到修正后的实时压强值p’。

24、2.利用所述修正后的实时压强值p’、所述氨气实时温度t反演得到修正后的气体浓度c’。

25、与现有的技术相比较，本发明的有益效果体现在：

26、1.本发明获得实时温度，计算得到自展宽系数γself和空气展宽系数γair，考虑到温度对压强的影响；

27、2.本发明计算得到洛伦兹半高全宽，利用洛伦兹半高全宽、经过温度修正过的展宽系数，反演得到计算压强值；

28、3.本发明中建立系统误差与压强值的误差函数，对计算压强值进行修正，从而得到修正后的实时压强值，消除了系统误差的影响，既能满足动态实时检测需求，又方便快捷，应用性强；

29、4.利用修正后的实时压强值和测量的实时温度，得到修正后的气体浓度，提高了气体检测的准确性。

技术特征：

1.一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法，其特征在于包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于激光吸收光谱的氨气压强动态反演及修正方法，首先利用一种基于激光吸收光谱的氨气低压检测系统进行不同压强实验，测量实时温度确定展宽系数，并利用该展宽系数以及谱线的半高全宽值，得到一组计算压强值，通过误差分析，建立系统误差与压强值的误差函数。然后关闭一种基于激光吸收光谱的氨气低压检测系统中的探测气池的连接气路，同理得到计算压强值，利用误差函数，对压强进行修正，从而得到修正后的实时压强值，最后得到修正后的气体浓度，准确反演出动态实时压强值，并有效提高浓度测量的准确性。技术研发人员：陈雨迪,唐七星,李琪,刘龙宝,李慧康,刘路,王玉伟,廖娟,张玉钧,陈东,高彦伟受保护的技术使用者：安徽农业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25