環境因素對TDLAS氣體檢測結果影響的抑制方法研究

雷曉玲

摘 要 由于溫度和壓強變化對TDLAS痕量氣體檢測測量精度有很大的影響，通過實驗室標定。分別取不同溫度和壓強環境，對氣體譜線的線強及寬度進行采樣試驗，根據試驗結果，分別建立了溫度及壓強補償方法，補償后氣體檢測精度小于3個ppm量級。

關鍵詞 溫度；壓強；TDLAS；檢測精度

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0042-02

通過Beer-Lambert定律，我們可以了解到氣體在吸收譜線時，其效果主要與當時環境下的溫度有關，壓強只是其中的一個輔助數據，這2個方面都會產生一些不一樣的效果，除此之外，它們還會對氣體所吸收的譜線寬窄有影響，進而導致其計算的結果。所以，若想讓系統能夠在環境不同時仍能獲得較好的數據，我們應該觀察溫度和壓強的相關聯性，從而找到最好的方法以實現數據的更正。通過實驗的方法也能夠找到它們之間的關系，在對其結果中的數據進行更正。

1 溫度對測量結果的影響及其修正方法

如圖1所示，將氣體吸收池放在一個溫度幾乎沒有變化的并且能夠持續加熱的箱中，在池的中間處和兩邊放著鉑材質的電阻，在將濃度還沒有被測量出來的乙烯與池相通，當池中只有氣體時，將一個氣囊與池的出氣口相連接。當測量時，選取100×10-6的乙烯去5個不同的溫度，但是需要注意的是其溫度應該在296K～342K，在分析數據時應選擇稀疏分解法從結論中可以觀察到，當溫度升高時，其強度與寬度反而降低，這說明前面得出的結論是正確的。

通過稀疏分解的方法可以明確的得出其主吸收峰的強度和其線寬，并且可以總結出它們與溫度之間存在一定的聯系。選取歸一化的強度時我們可以選296K，在將其余溫度下得到的強度與其做比值，即可得出結果。主吸收峰的線寬會隨溫度的變化而逐漸減小。

2 壓強對測量結果的影響及其修正方法

在這過程中選取的氣體濃度應為100×10-6，選定6個點，但是其壓強的范圍必須為101kPa～175kPa，在此，繼續采用稀疏分解的方法來獲得數據，并進行進一步的糾正，如圖所示。其寬度卻與壓強成正比，更加驗證了之前所得出的結論是正確的，強度和線寬與壓強的具體關系如圖4和圖5所示。

乙烯氣體在進行實驗時，需要改變其濃度，在此規定的濃度應為70×10-6，然而壓強在進行糾正時需要選定幾個不同的值，并且在相應的值下開始測量其濃度，通過實際測量所獲得的濃度與設想的濃度間存在其大的差別，其值高達16×10-6，但是在實驗后，它們間的差異大大減小了，其值僅有2×10-6。

3 結論

通過Beer-Lambert定律，我們可以了解到氣體在吸收譜線時，其效果主要與當時環境下的溫度有關，壓強只是其中的一個輔助數據，這2個方面都會產生一些不一樣的效果，除此之外，它們還會對氣體所吸收的譜線寬窄有影響，進而導致其計算的結果。通過實驗室標定。分別取不同溫度和壓強環境，對氣體譜線的線強及寬度進行采樣試驗，根據試驗結果，分別建立了溫度及壓強補償方法，補償后氣體檢測精度小于3個ppm量級。

參考文獻

[1]劉文清，崔志成，劉建國，等.大氣痕量氣體測量的光譜學和化學技術[J].量子電子學報，2004，21（2）：202-210.

[2]鄭朝暉，劉文清，宋炳超，等.差分光學吸收光譜技術在煙氣監測中的應用研究[J].量子光子學報，2001（18）：65-69.

[3]涂興華，劉文清，等.基于可調諧二極管激光吸收光譜學對二次諧波檢測噪聲分析研究[J].量子電子學報，2006，23（4）：522-526.

[4]王思吉力，劉儉輝，李世忱.光通信用可調諧激光器研究進展[J].光通信技術，2003（4）：38-43.

[5]Chen H，Qi H，Long R，et al. Research on 10-year tendency of China coal mine accidents and the characteristics of human factors[J].Safety Science，2012，50（4）.