大氣環(huán)境條件下波長調制光譜無標測量的壓強修正

李金義，樊鴻清，田鑫麗，李紅蓮，武志超，宋麗梅

1. 天津工業(yè)大學天津市電工電能新技術重點實驗室，天津 300387 2. 河北大學質量技術監(jiān)督學院，河北 保定 071002

引 言

可調諧激光吸收光譜(TDLAS)在痕量氣體檢測中具有高選擇性、高精度及高靈敏度的特點，被廣泛應用于大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程控制等領域[1]。但是在一些應用場合由于光路的開放性和環(huán)境的不穩(wěn)定性，導致測量時壓強不穩(wěn)定。在利用波長調制光譜(WMS)檢測時，壓強波動會對譜線展寬、調制指數(shù)和諧波信號的幅值產(chǎn)生影響，從而影響濃度測量[2]。因此，壓強波動的補償具有重要意義。

關于濃度的壓強波動修正，國內外學者已經(jīng)做了眾多的研究。2010年重慶大學張軍通過建立參考氣室對氣壓變化引起的測量誤差進行在線自校準，但受參考氣室制作工藝的限制，校準精度有限； 2014年美國斯坦福大學的Goldenstein[3]利用激光光譜全局擬合的方法對濃度進行了補償，但是其補償過程耗時久，且補償結果誤差較大； 2016年斯坦福大學的Christopher[4]采用WMS-2f/1f技術對壓強和濃度進行了測量，降低了系統(tǒng)噪聲對測量影響； 2017年山東大學的韋唯[5]等研究了壓強變化對水蒸氣和CO2濃度測量產(chǎn)生的影響，利用壓強傳感器進行了壓強補償，但測量精度不高； 2018年盧偉業(yè)等通過純N2線擬合法對濃度進行了修正，但是該方法在低濃度氣體測量中誤差較大[6]。現(xiàn)有的補償方法或是利用額外傳感器或是利用復雜算法，不僅增加了系統(tǒng)復雜度還增加了成本和時間開銷。……