CN101363796A - 一种二氧化碳气体分析仪及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳气体分析仪及分析方法，该分析仪的光学探头采用了由单光源、单气室和双探测器组成的空间双光路结构。首先测定该光学探头中光源关闭时主探测器及参考探测器两端的电压值，然后测定光源开启时从光源发出的红外光穿过气室后的主探测器及参考探测器的两端电压值，并进行消除误差处理后，以朗伯·比耳定律为理论基础，结合空间双光路光学结构工作机理建立了分析仪的测量模型，并对测量模型进行了标定，从而分析仪可直接由测量值计算并输出待测二氧化碳的气体浓度。本发明二氧化碳气体分析仪，具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高及测量精度高的优点。

Description

一种二氧化碳气体分析仪及其分析方法

技术领域

本发明涉及一种气体浓度测量技术，尤其涉及一种二氧化碳气体分析仪及其分析方法。

背景技术

二氧化碳气体分析仪是检测二氧化碳浓度的专用仪器，在工业检测、冶金化工、环境保护、医疗诊断、农作物栽培及航天生命保障与空间科学等领域具有广阔的应用前景。当前的各种应用领域对二氧化碳气体分析仪的性能又提出了愈来愈高的要求。

光学探头是红外二氧化碳气体分析仪的重要组成部件，目前大体可分为两种结构，一种是时间双光路，另一种是空间双光路。

目前大多采用时间双光路、泵吸式的光学探头结构。时间双光路是单光源、单气室的单探测器结构，其利用旋转调制盘上的两个不同波长的滤光片来产生双光路。具体做法是：光源发出一束光，使探测器在不同的时刻接收两个不同波长的光。但是，工作时调制盘的旋转需要电机来带动，这一活动部件的使用不仅使分析仪易发生故障，而且也给系统带来了安全隐患；除此之外，气泵的使用也增加了分析仪的体积、重量和功耗，同时也降低了工作的可靠性。

另一种光学探头结构即空间双光路结构。该种结构的检测方案有很多种，其中比较典型的一种方案是单光源、双气室的双探测器结构。其特点是：从光源发出两路平行的红外光束，分别经过结构完全相同的测量气室和参考气室后再分别进入主探测器和参考探测器进行测量。工作时，参考气室中事先需封入一定压力的氮气，而测量气室则由内藏的气泵将被测气体抽入气室进行进一步的测定。该光学探头结构的主要优点是无活动部件，工作可靠性高，但其结构复杂，对加工、装配的工艺要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳气体分析仪，能够方便、精确地测量二氧化碳气体的浓度。

本发明的另一个目的在于提供一种二氧化碳气体分析方法，能够消除测量过程中的多种产生误差的不利因素，提高测量结果的精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种二氧化碳气体分析仪，该分析仪的光学探头包括红外光源、气室、集成型红外探测器；其中，

红外光源，用于为所述光学探头提供工作光源；

气室，用于作为被测气体的测量空间和用于充分利用红外光能；以及，

集成型红外探测器，用于接收由所述红外光源所发出的、穿过所述气室后的红外光信号，并将红外光信号转换为用于确定二氧化碳气体浓度的电信号；

所述气室为开放式结构的单气室。

其中，所述气室的开放式结构为气室的侧面四周设置有贯通气室的开槽或孔。

所述气室靠红外光源的一端和气室靠集成型红外探测器的一端进一步安装有白宝石窗片。

所述红外光源与气室一端的白宝石窗片之间，及气室另一端的白宝石窗片与集成型红外探测器之间进一步设有密封垫圈。

所述红外光源后部进一步设有抛物面反光镜。

所述集成型红外探测器，集成了一个主探测器和一个参考探测器；其中，所述主探测器贴有主滤波片，所述参考探测器贴有参考滤波片。

一种二氧化碳气体的分析方法，该方法包括：

a、分别采集红外光源关闭状态时，以及红外光源开启状态时的主探测器及参考探测器两端的电压值，得到测量因子；

b、利用光吸收定律建立二氧化碳气体浓度测量模型，并使用标定方法及参数估计方法确定吸收因子及参比因子的值，并结合所述测量因子，确定二氧化碳气体的浓度值。

其中，步骤a中，得到所述测量因子的过程为：

红外光源关闭时，

主探测器两端的电压为：V₁＝V_背景1+V_温度1，

参考探测器两端的电压为：V₂＝V_背景2+V_温度2；

红外光源开启时，

主探测器两端的电压为：

参考探测器两端的电压为：V₄＝I_4.0.R_ref.K₂.C_ref+V_背景2+V_温度2；

根据主探测器两端电压变化值V_gas＝V₃-V₁，参考探测器两端电压变化值V_ref＝V₄-V₂，得到测量因子为

其中，

V_背景1为背景光在主探测器两端所产生的电压；

V_背景2为背景光在参考探测器两端所产生的电压；

V_温度1为环境的温度信号在主探测器两端所产生的电压；

V_温度2为环境的温度信号在参考探测器两端所产生的电压；

V_gas为主探测器两端电压变化值；

V_ref为参考探测器两端电压变化值；

I_4.26为红外光源发出4.26μm波段红外光的初始光强；

I_4.0为红外光源发出4.00μm波段红外光的初始光强；

R_gas为主探测器的响应度；

R_ref为参考探测器的响应度；

C_gas为测量滤波片的透过率；

C_ref为参考滤波片的透过率。

步骤b中所述二氧化碳气体浓度测量模型为：

$J=\frac{\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right)+\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}})}{-K_{\mathrm{gas}}\·L},$

其中，

K₁为4.26μm波段的红外光通过气室时的光损失系数；

K₂为4.00μm波段的红外光通过气室时的光损失系数；

K_gas为吸光系数；

J为被测二氧化碳气体的浓度；

L为气室的长度；所述气室的长度是指气室内红外光垂直穿过气室的有效距离。

步骤b中所述吸收因子为

参比因子为

其中： $a=-K_{\mathrm{gas}}\·L,b=\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}}).$

步骤b中，所述确定二氧化碳气体的浓度值的过程为：对二氧化碳气体浓度测量模型 $J=\frac{\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right)+\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}})}{-K_{\mathrm{gas}}\·L},$ 经过标定方法及最小二乘法处理后得到二氧化碳气体浓度测量公式J＝-2.84x+1.29，其中： $x=\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right).$

本发明所提供的二氧化碳气体分析仪及其分析方法，具有以下优点：

1)本发明二氧化碳气体分析仪以朗伯·比尔定律为理论基础，采用单光源、单气室和双探测器的空间双光路结构，不但使通过气室后照射在主滤波片及参考滤波片前的红外光强损失一致从而为消除温度及背景光信号所引入的误差提供了方便，而且为进一步消除光强漂移及红外探测器响应度的漂移对测量结果的影响提供了可能，因此显著提高了测量结果的精度。

2)本发明二氧化碳气体分析仪中无任何活动部件，提高了该分析仪工作的可靠性。

3)本发明二氧化碳气体分析仪的探头结构摒弃了气泵，减小了探头的体积和重量，同时也降低了分析仪的功耗。

4)本发明二氧化碳气体分析仪的DSP通过输出TTL电平控制红外光源周期性地开启或关闭，并且以10Hz的频率周期性地查询、采集所测得的主探测器及参考探测器的电压信号，通过运算处理使测量结果能够实时显示。

附图说明

图1为本发明实施例中二氧化碳气体分析仪光学探头结构示意图；

图2为本发明实施例中二氧化碳气体分析仪的系统功能结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

本发明的基本思想是：二氧化碳气体分析仪的光学探头采用单光源、单气室和双探测器的空间双光路结构。光源关闭时，分别测定光学探头中主探测器及参考探测器的电压值；光源打开时，分别测定主探测器及参考探测器两端的电压值，将光源打开前后所测得的电压值分别进行比较，消除测量过程中引入的误差，再利用朗伯·比耳定律建立测量模型，对测量气室及参考气室内待测二氧化碳气体的浓度进行分析，从而计算出待测二氧化碳的气体浓度。

图1为本发明实施例中二氧化碳气体分析仪光学探头结构示意图，如图1所示，该光学探头结构包括红外光源1、白宝石窗片2、气室3及集成型红外探测器4。

红外光源1，用于作为光学探头对二氧化碳气体进行探测的工作光源。

本发明实施方式中所采用的红外光源型号为IR-55，是一种反射型电调制脉冲红外光源，其发出红外光的光谱范围为2～20μm。该光源的工作物质能够被迅速加热和冷却，加热时长和冷却时长分别为35ms和11.5ms。红外光源后部设有抛物面反光镜，其采用无窗封装结构，可使从红外光源1所发出的光的边缘损失减小，大大提高轴向的红外光强度及增强轴向红外光能量，有效地提高探测器所探测到的红外光信号的信噪比。

所述红外光源1和集成型红外探测器4分别安装在气室3的两端，并由白宝石窗片2将红外光源1、集成型红外探测器4与气室3隔离。在长期使用中，能够避免红外光源1和集成型红外探测器4被二氧化碳气体污染。

白宝石窗片2，用于隔开红外光源1与气室3，以及隔开集成型红外探测器4与气室3，避免气室3内被测气体与红外光源1、集成型红外探测器4直接接触。白宝石对波长为4.26μm和4.0μm的红外光有良好的透过性能，而且它的机械强度好、不易破碎、不怕潮湿、对接触的二氧化碳气体有化学稳定性。该光学探头中的白宝石窗片2直径为12.0mm，厚度为0.5～1.0mm。

气室3，用于容纳被测的二氧化碳气体。为了充分利用光能，红外二氧化碳气体分析仪的光学探头中必须设有气室，测量时红外光源1所发出的红外光穿过气室3后再照射到所述集成型红外探测器4的主探测器和参考探测器上。本发明中的光学探头外形设计为圆柱形，使用金属材料制成，如铝合金等，所述气室3的外径为23mm，内径为9.00～11.00mm，长为20mm。经实验证明，气室3内径的尺寸为10.58mm时，穿过气室3的红外光强度效果最佳。气室3内壁的粗糙度为0.04，气室3内壁非常光滑，是为了能够最大程度地反射红外光，进一步提高照射在集成型红外探测器4的红外光的强度。

所述气室3实质上是既作为参考气室又作为测量气室使用的。气室3采用开放式结构，并且侧面设置有多个贯通气室3的开槽或孔，能够使被测气体自由进入气室3。本发明实施例中气室3的气室壁四周均匀分布有多个长为12mm，宽为3mm的矩形通孔。

由于与气室3相关的部件未使用气泵等体积大、且易损坏的活动部件，因此该光学探头的体积大大降低，探头工作的可靠性得到了显著提高。

集成型红外探测器4，用于接收从红外光源1所发出、穿过气室3的红外光信号，将收到的光信号转换为用于确定二氧化碳气体浓度的电信号。

所述集成型红外探测器4能够将通过气室3后的红外光转换成电信号。本发明实施例中所采用的集成型红外探测器4的型号为PYS3228TC G2/G20，它集成有两个探测器，分别为主探测器和参考探测器；其中，主探测器上贴有一片工作波长为4.26μm的主滤波片，参考探测器上贴有一片工作波长为4.0μm的参考滤波片；4.26μm波长是二氧化碳气体的吸收波长，而4.0μm波长是二氧化碳气体的完全不吸收波长即透射光波长。主探测器和参考探测器除了滤波片不同外，其余部分完全相同，均属于热释电红外探测器，探测器的响应度为3.5kV/W。所述响应度，是描述探测器光电转换能力的物理量。响应度的标准定义为：在规定的波长上，光电探测器输出的短路电流与入射到该探测器的辐通量(功率)之比。

气室3的两端分别设有一片白宝石窗片2，红外光源1和集成型红外探测器4安装在设有白宝石窗片2的气室3的两端。根据需要还可在红外光源1与白宝石窗片2之间设有密封垫圈；同样地，气室3另一端的白宝石窗片2与集成型红外探测器4之间也可设密封垫圈。安装时，使红外光源1、集成型红外探测器4以及气室3的中心轴保持在同一直线上，整个光学探头中无活动部件。

本发明二氧化碳气体分析仪的光学探头采用单光源、单气室的空间双光路结构，比采用双气室的空间双光路结构减小了光学探头的体积。采用单气室结构，保证了通过气室3的红外光的光强及光程一致，为消除仪器误差提供了计算依据。

图2为本发明实施例中二氧化碳气体分析仪的系统功能结构示意图，如图2所示，红外光源1发出的红外光通过充满被测气体的开放式气室3后，红外光经主探测器41及参考探测器42后转换为电信号；为了实现后续的数据处理，集成型红外探测器4输出的测量电压信号和参考电压信号各经一路放大电路201放大；经过放大后的两路模拟电压信号被型号为TLV1544的模数(A/D)转换器202转化为两路数字电压信号，再传入型号为TMS320VC5402的数字信号处理器(DSP)203进行处理。DSP是整个信号处理过程的核心，它不仅以10Hz左右的频率周期性地查询、采集由A/D转换器202输出的数字电压信号，运算并求出二氧化碳气体的浓度值，而且还通过输出晶体管-晶体管逻辑(TTL)电平控制红外光源1周期性地开启或关闭；经过DSP203处理后的携带被测二氧化碳气体浓度信息的电信号经液晶显示器(LCD)驱动电路204驱动后由液晶显示器(LCD)205将浓度结果显示出来。所采用的液晶驱动电路204的型号为HT1621B；所采用的LCD205型号为SONY公司的CXA1854AR。

下面对本发明二氧化碳气体分析仪的DSP对数字信号进行处理并得到测量结果的处理方法进行详细描述：

第一步：将二氧化碳气体分析仪的光学探头置于待测环境下，DSP分别采集红外光源关闭和开启两种状态时的主探测器及参考探测器两端的电压。

红外光源关闭时，

主探测器两端的电压为：V₁＝V_背景1+V_温度1   (1)

参考探测器两端的电压为：V₂＝V_背景2+V_温度2  (2)

红外光源开启时，

主探测器两端的电压为：

参考探测器两端的电压为：V₄＝I_4.0._Rref.K₂.C_ref+V_背景2+V_温度2   (4)

其中：

V_背景1为背景光在主探测器两端所产生的电压；

V_背景2为背景光在参考探测器两端所产生的电压；

V_温度1为环境的温度信号在主探测器两端所产生的电压；

V_温度2为环境的温度信号在参考探测器两端所产生的电压；

V_gas为主探测器两端电压变化值；

V_ref为参考探测器两端电压变化值；

I_4.26为红外光源发出4.26μm波段红外光的初始光强；

I_4.0为红外光源发出4.00μm波段红外光的初始光强；

R_gas为主探测器的响应度；

R_ref为参考探测器的响应度；

C_gas为测量滤波片的透过率；

C_ref为参考滤波片的透过率。

第二步：以朗伯·比尔定律为理论基础结合该分析仪的工作原理，并通过运算处理后消除误差干扰，得到二氧化碳气体浓度表达式。

所述朗伯·比尔定律即光吸收定律，其物理意义在于当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。

为了消除环境的温度信号和背景光信号被探测器感受后所产生的电压对测量结果的影响，使V_gas＝V₃-V₁，V_ref＝V₄-V₂；

为消除由红外光源的光强变化所引起的误差、热释电探测器以及电子器件由于温度变化所引起的误差，将V_gas与V_ref相比，使得红外光源发出的光强漂移以及红外探测器响应度的漂移对测量结果几乎不构成影响。

于是，得到二氧化碳气体的浓度表达式，即具体化了的二氧化碳气体浓度测量模型：

$J=\frac{\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right)+\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}})}{-K_{\mathrm{gas}}\·L}---\left(5\right)$

从上式可以看出

与二氧化碳气体的浓度值J在理论上成线性关系。

其中：

K₁为4.26μm波段的红外光通过气室时的光损失系数；

K₂为4.00μm波段的红外光通过气室时的光损失系数；

K_gas为吸光系数；所述吸光系数是一个非常复杂的量，它与气体的种类、光谱波长、压力、温度等许多因素有关；

J为被测二氧化碳气体的浓度；

L为气室的长度；所述气室的长度是指气室内红外光垂直穿过气室的有效距离；

为测量因子，携带有主探测器及参考探测器两端的电压变化值信息。

第三步：对二氧化碳气体分析仪的测量模型进行标定，确定二氧化碳气体浓度测量公式中的未知系数。

所述标定，是一种常用的仪器校准方法，标定通常可分为常规法和精密法。常规法采用单点标定，通常用于粗略估算测量；精密法采用多点标定，通常用于精密测量。

本发明实施例中采用的多点标定方法为：

首先，将二氧化碳气体分析仪放入气压室内，预热十分钟；

所述气压室，是标定过程中用到的一种实验容器，供二氧化碳气体分析仪对二氧化碳气体进行采样测量。

然后，将浓度分别为0.0％、0.213％、0.97％、1.61％、3.04％的标准二氧化碳气体依次充入气压室，待气压室内外二氧化碳气体浓度恒定后，每个浓度点上记录10个测量值，然后取均值作为该浓度点的标定值。

表一～表五分别为充入0.0％、0.213％、0.97％、1.61％、3.04％的标准二氧化碳气体时的测量值。

表一

表二

表三

表四

表五

最后，利用最小二乘法估计测量模型中的吸收因子及参比因子。所述最小二乘法是一种常用的参数估计方法。

具体为：

已知分析仪的测量模型为：

$J=\frac{\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right)+\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}})}{-K_{\mathrm{gas}}\·L}---\left(5\right)$

令a＝-K_gas·L； $b=\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}});$ y＝J； $x=\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right);$

则式(5)可简化为：

$y=\frac{1}{a}x+\frac{b}{a}---\left(6\right)$

其中：

为吸收因子，

为参比因子；

从式(6)可以看出，变量y与变量x之间的关系是线性的，因此可以采用一元线性回归的方法来拟合直线。

由最小二乘法可得：

$\frac{1}{a}=\frac{l_{\mathrm{xy}}}{l_{\mathrm{xx}}}---\left(7\right)$

$\frac{b}{a}=\stackrel{\‾}{y}-\frac{l_{\mathrm{xy}}}{l_{\mathrm{xx}}}\·\stackrel{\‾}{x}---\left(8\right)$

式(7)、(8)中：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σx}=\frac{1}{8}(0.458+0.389+0.128-0.082-0.54)=0.04$

$\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σy}=\frac{1}{8}(0.0+0.213+0.97+1.61+3.04)=1.17$

$l_{\mathrm{xx}}=\mathrm{\Σ}{(x-\stackrel{\‾}{x})}^2=\mathrm{\Σ}{x}^2-\frac{1}{N}{\left(\mathrm{\Σx}\right)}^2=0.6758-\frac{1}{8}\×0.1246=0.64$

$l_{\mathrm{xy}}=\mathrm{\Σ}(x-\stackrel{\‾}{x})(y-\stackrel{\‾}{y})=\mathrm{\Σxy}-\frac{1}{N}\left(\mathrm{\Σx}\right)\left(\mathrm{\Σy}\right)=-1.567-\frac{1}{8}\×2.509=-1.82$

则：

$\frac{1}{a}=\frac{l_{\mathrm{xy}}}{l_{\mathrm{xx}}}=\frac{-1.82}{0.64}=-2.84$

$\frac{b}{a}=\stackrel{\‾}{y}-\frac{l_{\mathrm{xy}}}{l_{\mathrm{xx}}}\·\stackrel{\‾}{x}=1.17-(-2.84)\×0.04=1.29$

将上述计算数值代入式(6)，得到本发明二氧化碳气体分析仪的二氧化碳气体的浓度测量公式：

J＝-2.84x+1.29；               (9)

其中：测量因子 $x=\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right),$ 已知V_gas＝V₃-V₁，V_ref＝V₄-V₂。

故，本发明二氧化碳气体分析仪只需将所测得的V₁、V₂、V₃、V₄的值代入式(9)即可计算出待测二氧化碳气体的浓度值。

本发明二氧化碳气体分析仪的主要性能指标如下：体积：80mm(L)×78mm(W)×35mm(H)；重量：200g左右；功耗约为1.5W；测量范围：0～3000ppm；测量精度：≤±2％FS。本发明二氧化碳气体分析仪具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高及测量精度高的优点。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种二氧化碳气体分析仪，该分析仪的光学探头包括红外光源、气室、集成型红外探测器；其中，

红外光源，用于为所述光学探头提供工作光源；

气室，用于作为被测气体的测量空间和用于充分利用红外光能；以及，

集成型红外探测器，用于接收由所述红外光源所发出的、穿过所述气室后的红外光信号，并将红外光信号转换为用于确定二氧化碳气体浓度的电信号；

其特征在于，所述气室为开放式结构的单气室。

2、根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述气室的开放式结构为气室的侧面四周设置有贯通气室的开槽或孔。

3、根据权利要求1或2所述的分析仪，其特征在于，所述气室靠红外光源的一端和气室靠集成型红外探测器的一端进一步安装有白宝石窗片。

4、根据权利要求1或2所述的分析仪，其特征在于，所述红外光源与气室一端的白宝石窗片之间，及气室另一端的白宝石窗片与集成型红外探测器之间进一步设有密封垫圈。

5、根据权利要求1或2所述的分析仪，其特征在于，所述红外光源后部进一步设有抛物面反光镜。

6、根据权利要求1或2所述的分析仪，其特征在于，所述集成型红外探测器，集成了一个主探测器和一个参考探测器；其中，所述主探测器贴有主滤波片，所述参考探测器贴有参考滤波片。

7、一种二氧化碳气体的分析方法，其特征在于，该方法包括：

a、分别采集红外光源关闭状态时，以及红外光源开启状态时的主探测器及参考探测器两端的电压值，得到测量因子；

b、利用光吸收定律建立二氧化碳气体浓度测量模型，并使用标定方法及参数估计方法确定吸收因子及参比因子的值，并结合所述测量因子，确定二氧化碳气体的浓度值。

8、根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，步骤a中，得到所述测量因子的过程为：

红外光源关闭时，

主探测器两端的电压为：V₁＝V_背景1+V_温度1，

参考探测器两端的电压为：V₂＝V_背景2+V_温度2；

红外光源开启时，

主探测器两端的电压为：

参考探测器两端的电压为：V₄＝I_4.0.R_ref.K₂.C_ref+V_背景2+V_温度2；

根据主探测器两端电压变化值V_gas＝V₃-V₁，参考探测器两端电压变化值V_ref＝V₄-V₂，得到测量因子为

其中，

V_背景1为背景光在主探测器两端所产生的电压；

V_背景2为背景光在参考探测器两端所产生的电压；

V_温度1为环境的温度信号在主探测器两端所产生的电压；

V_温度2为环境的温度信号在参考探测器两端所产生的电压；

V_gas为主探测器两端电压变化值；

V_ref为参考探测器两端电压变化值；

I_4.26为红外光源发出4.26μm波段红外光的初始光强；

I_4.0为红外光源发出4.00μm波段红外光的初始光强；

R_gas为主探测器的响应度；

R_ref为参考探测器的响应度；

C_gas为测量滤波片的透过率；

C_ref为参考滤波片的透过率。

9、根据权利要求7或8所述的分析方法，其特征在于，步骤b中所述二氧化碳气体浓度测量模型为：

$J=\frac{\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right)+\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}})}{{-K}_{\mathrm{gas}}\·L},$

其中，

K₁为4.26μm波段的红外光通过气室时的光损失系数；

K₂为4.00μm波段的红外光通过气室时的光损失系数；

K_gas为吸光系数；

J为被测二氧化碳气体的浓度；

L为气室的长度；所述气室的长度是指气室内红外光垂直穿过气室的有效距离。

10、根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，步骤b中所述吸收因子为

参比因子为

其中：a＝-K_gas·L， $b=\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}}).$

11、根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，步骤b中，所述确定二氧化碳气体的浓度值的过程为：对二氧化碳气体浓度测量模型 $J=\frac{\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right)+\ln (\frac{R_{\mathrm{ref}}}{R_{\mathrm{gas}}}\·\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_{\mathrm{gas}}}\·\frac{K_2}{K_1}\·\frac{I_{4.0}}{I_{4.26}})}{{-K}_{\mathrm{gas}}\·L},$ 经过标定方法及最小二乘法处理后得到二氧化碳气体浓度测量公式J＝-2.84x1.29，其中： $x=\ln \left(\frac{V_{\mathrm{gas}}}{V_{\mathrm{ref}}}\right).$

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