(10)申请公布号 (43)申请公布日 2015.01.07
C N 104267019
A (21)申请号 201410584402.0
(22)申请日 2014.10.27
G01N 21/65(2006.01)
(71)申请人武汉四方光电科技有限公司
地址430205 湖北省武汉市东湖新技术开发
区凤凰产业园凤凰园三路3号
(72)发明人熊友辉 刘志强 聂晓楠 江坤
田蕾 石平静
(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 42222
代理人
鲁力
(54)发明名称
(57)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
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。
(51)Int.Cl.
权利要求书2页 说明书6页 附图1页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书6页 附图1页(10)申请公布号CN 104267019 A
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，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 标、V 载分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n 标、n 载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V 标、V 载，n 标、n 载已知；
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
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k 标i ，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 测i 、V 载，根据标定数据库可得得
其中，V 测i 、V 载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；n 测i 、n
载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 测i 、V 载，k 标i 从标定步骤得到的标定数据库中已知；
步骤2.5.由式n 测1+n 测2+...+n 测n +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n 测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k 标i ，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.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，
得到V 测i 、V 测(n+1)，根据标定数据库可得和由
得到
其中，V 测i 、V 测(n+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 测i 、n 测(n+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1+n 测2+...+n 测n +n 测(n+1)＝1，可计算出实际测量载气的浓度n 测(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 测i 。
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] 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：
[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
[0013] 其中，V标、V载分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n标、n载分别为被
标定气体和中间载气的浓度。(光谱图中得到的是V
标、V
载
，
n
标
、n
载
已知)
[0014] 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
[0015] 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，具体如下：
[0016] 根据标定数据库k 标i ，即可计算出各个气体组份的浓度，完成气体浓度的检测：
[0017] 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；
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 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
测i 、V 载，根据标定数据库可得可得
[0021] 其中，V 测i 、V 载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；n 测i 、
n 载分别为混合气体中的某一种气体和中间载气的浓度。(光谱图中得到的是V 测i 、V 载，k 标i 从标定数据库中已知)
[0022] 步骤2.5.由式n 测1+n 测2+...+n 测n +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n 测i 。
[0023] 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，具体如下：
[0024] 根据标定数据库k 标i ，即可计算出各个气体组份的浓度，完成气体浓度的检测：
[0025] 步骤3.1.在进气口通入检测定混合气体，待混合气稳定；
[0026] 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；
[0027] 步骤3.3.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，设为第(n+1)种气体；
[0028] 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；
[0029] 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，得到V 测i 、V 测(n+1)，根据标定数据库可得和由
[0030] 可得[0031] 其中，V 测i 、V 测(n+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 测i 、n 测(n+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。(光谱图中得
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