環(huán)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(huán)境，對氣體譜線的線強及寬度進行采樣試驗，根據(jù)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(huán)境下的溫度有關，壓強只是其中的一個輔助數(shù)據(jù)，這2個方面都會產(chǎn)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(tǒng)能夠在環(huán)境不同時仍能獲得較好的數(shù)據(jù)，我們應該觀察溫度和壓強的相關聯(lián)性，從而找到最好的方法以實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)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(shù)據(jù)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(lián)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(xù)采用稀疏分解的方法來獲得數(shù)據(jù)，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(guī)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(huán)境下的溫度有關，壓強只是其中的一個輔助數(shù)據(jù)，這2個方面都會產(chǎn)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(huán)境，對氣體譜線的線強及寬度進行采樣試驗，根據(jù)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(jiān)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(diào)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(diào)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）.