CN114486769A - 基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法 - Google Patents

基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法，所述基于光腔衰减相移技术的气体检测方法包括校准阶段和检测阶段；所述校准阶段为：零气和不同浓度的二氧化氮标气通入气体室，获得分别对应的相位
Figure DDA0003442130860000011
i＝1,2···N；以相位
Figure DDA0003442130860000016
作为空腔相位，利用所述光强衰减相移技术计算出与所述不同浓度的二氧化氮标气分别对应的相位
Figure DDA0003442130860000018
i＝2，3···N；根据所述相位
Figure DDA0003442130860000012
i＝2，3···N，以及相位
Figure DDA0003442130860000017
i＝2，3···N，得出相位
Figure DDA0003442130860000015
与相位
Figure DDA0003442130860000014
间的映射关系
Figure DDA0003442130860000013
并保存。本发明校准方便、校准时间段等优点。

Description

基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法
技术领域
本发明涉及气体检测，特别涉及基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法。
背景技术
目前对二氧化氮分析方法种类繁多，主要包括：化学发光-钼转化炉法，化学发光-光解法，紫外吸收光谱法，光腔增强光谱法，激光诱导荧光光谱法等。其中，化学发光-钼转化炉法是商用仪表主流方法，由于NOz的干扰(例如PAN、HNO3等)，测量值偏高；化学发光-光解法可有效避免干扰物种对二氧化氮测量的影响，但是，转化室需进行冷却；紫外吸收光谱法可直接测量，消除了转化效率的问题，但是，使用过程中，考虑到水汽的散射作用，需要进行水汽平衡，保证两路气路湿度一致；光腔增强光谱法结构简单，无需光源调制，但是，其测量值为光强，受光源强度波动影响敏感，噪声对信号影响明显；激光诱导荧光光谱法，灵敏度高，检出限低，同时可避免HNO3,NO3,N2O5,PAN,ClONO2、ClNO2、ClONO干扰，但是价格昂贵而且只能测量荧光物质。
由于上述方法存在种种不足，而社会生活和工业生产对二氧化氮的检测提出了更高的要求，因此环境监测方面迫切需要能够实现对二氧化氮进行高精度检测，并且不排放其它有害气体，同时具备结构简单价格低廉的仪器。光腔衰减相移(Cavity AttenuatedPhase Shift,CAPS)技术正是为满足这一需求而提出的，其基本原理为：LED光束经高频信号调制，而后耦合进入由高反射镜组成的谐振腔，谐振腔的结构为近似共焦腔，光束在腔内来回多次反射，同时，被腔内二氧化氮气体进行充分的接触。被二氧化氮充分吸收的光束从光学腔内透射并经滤光片后被探测器收集，探测器将光信号转变为电信号，同时送入锁相放大器中，作为输入信号。锁相放大器利用一次谐波解调，解调出探测信号与参考信号的相位差，并被数据采集卡采集与处理。通过测量空腔(注入零气)与含二氧化氮的空气时的相位差，根据式1-1即可求出二氧化氮吸收系数。
从理论上看，由相位计算得到的吸收系数与浓度呈线性关系，即假设设计完全符合理论，只进行零点和一个标准浓度两个点进行线性校准，即可准确测试其他浓度，而实际设计与理论之间存在一定偏差，且该偏差不可避免，因此理论的线性关系在实际设计装配下已经不满足线性关系。
为了使示值误差满足设计指标(5ppb以内)，必须使用多点线性校准或多点非线性拟合校准，这极大的给仪器定期调试校准带来不便，每次校准需要进行至少6个点的浓度校准。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于光腔衰减相移技术的气体检测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于光腔衰减相移技术的气体检测方法，所述基于光腔衰减相移技术的气体检测方法包括校准阶段和检测阶段；所述校准阶段为：
零气和不同浓度的标气通入气体室，获得分别对应的相位
Figure BDA0003442130840000021
i＝1,2···N；
以相位
Figure BDA0003442130840000022
作为空腔相位，利用所述光强衰减相移技术计算出与所述不同浓度的标气分别对应的相位
Figure BDA0003442130840000023
i＝2，3···N；
根据所述相位
Figure BDA0003442130840000024
i＝2，3···N，以及相位
Figure BDA0003442130840000025
i＝2，3···N，得出相位
Figure BDA0003442130840000026
与相位
Figure BDA0003442130840000027
间的映射关系
Figure BDA0003442130840000028
并保存。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明可以弥补实际和理论的差别，包括一些前期参数测量下引起的误差导致校准后其他点示值误差不合格问题；
本发明只需前期进行校准得到映射关系，仪器出厂前，后期均使用该映射关系修正，然后进行两点式校准，不需要使用多点校准进行弥补，大大减小校准时间。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法的示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
本发明实施例的基于光腔衰减相移技术的气体检测方法，所述基于光腔衰减相移技术的气体检测方法包括校准阶段和检测阶段；如图1所示，所述校准阶段为：
零气和不同浓度的二氧化氮标气通入气体室，获得分别对应的相位
Figure BDA0003442130840000031
i＝1,2···N；
以相位
Figure BDA0003442130840000032
作为空腔相位，利用所述光强衰减相移技术计算出与所述不同浓度的二氧化氮标气分别对应的相位
Figure BDA0003442130840000033
i＝2，3···N；
根据所述相位
Figure BDA0003442130840000034
i＝2，3···N，以及相位
Figure BDA0003442130840000035
i＝2，3···N，得出相位
Figure BDA0003442130840000036
与相位
Figure BDA0003442130840000037
间的映射关系
Figure BDA0003442130840000038
并保存；
所述检测阶段为：
待测气体通入气体室，获得相位
Figure BDA0003442130840000039
利用映射关系
Figure BDA00034421308400000310
得到
Figure BDA00034421308400000311
利用所述相位
Figure BDA0003442130840000041
得到二氧化氮的含量。
实施例2：
根据本发明实施例1的基于光腔衰减相移技术的气体检测方法的应用例。
本应用例中，基于光腔衰减相移技术的气体检测方法包括校准阶段和检测阶段；如图1所示，所述校准阶段为：
零气和不同浓度的二氧化氮标气通入气体室，获得分别对应的相位
Figure BDA00034421308400000415
i＝1,2···N，如下图所示；
Figure BDA0003442130840000042
以相位
Figure BDA0003442130840000043
(气体室通入零气时获得的相位)作为空腔相位，利用所述光强衰减相移技术计算出与所述不同浓度的二氧化氮标气分别对应的相位
Figure BDA0003442130840000044
i＝2，3···N，如下图所示；
Figure BDA0003442130840000045
根据所述相位
Figure BDA0003442130840000046
i＝2，3···N，以及相位
Figure BDA0003442130840000047
i＝2，3···N，得出相位
Figure BDA0003442130840000048
与相位
Figure BDA0003442130840000049
间的映射关系
Figure BDA00034421308400000410
且相关性R2＝1，并保存；
标准浓度/ppb 0 116.6 213.14 316.5 417.8 499.2(校准点)
原始实测浓度/ppb 0 102.905 193.067 295.436 404.33 499
原始相位/° 42.0292 34.42862 29.55092 25.3152 21.88387 19.5449
理论浓度对应相位/° 42.0292 33.5492 28.5492 24.5292 21.5092 19.4356
经算法修正后相位/° 42.09502122 33.56974 28.58552 24.56613 21.5205 19.55249
修正后计算浓度/° 0 116.788 212.683 315.5827 417.3167 499(校准点)
所述检测阶段为：
待测气体通入气体室，获得二氧化氮的相位
Figure BDA00034421308400000411
利用映射关系
Figure BDA00034421308400000412
得到
Figure BDA00034421308400000413
利用所述相位
Figure BDA00034421308400000414
得到二氧化氮的含量，具体方式是本领域的现有技术。

Claims (2)

1.基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法，所述基于光腔衰减相移技术的二氧化氮检测方法包括校准阶段和检测阶段；其特征在于，所述校准阶段为：
零气和不同浓度的二氧化氮标气通入气体室，获得分别对应的相位
Figure FDA00034421308300000112
Figure FDA00034421308300000113
以相位
Figure FDA0003442130830000011
作为空腔相位，利用所述光强衰减相移技术计算出与所述不同浓度的二氧化氮标气分别对应的相位
Figure FDA0003442130830000012
根据所述相位
Figure FDA0003442130830000013
以及相位
Figure FDA0003442130830000014
得出相位
Figure FDA0003442130830000015
与相位
Figure FDA0003442130830000016
间的映射关系
Figure FDA0003442130830000017
并保存。
2.根据权利要求1所述的基于光腔衰减相移技术的气体检测方法，其特征在于，所述检测阶段为：
待测气体通入气体室，获得相位
Figure FDA0003442130830000018
利用映射关系
Figure FDA0003442130830000019
得到
Figure FDA00034421308300000110
利用所述相位
Figure FDA00034421308300000111
得到二氧化氮的含量。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7301639B1 (en) * 2004-11-12 2007-11-27 Aerodyne Research, Inc. System and method for trace species detection using cavity attenuated phase shift spectroscopy with an incoherent light source
CN101290289A (zh) * 2008-05-30 2008-10-22 天津市蓝宇科工贸有限公司 紫外差分烟气浓度测量系统校准方法及实施装置
US20090120212A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-14 James Hargrove NOy and Components of NOy by Gas Phase Titration and NO2 Analysis with Background Correction
US20160274024A1 (en) * 2014-05-28 2016-09-22 Nanjing University Multi-channel aerosol scattering absorption measuring instrument
CN106841066A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 浙江大学 一种用于光谱法cod检测中的局部校准方法
CN108827894A (zh) * 2018-08-27 2018-11-16 北京大学 一种基于软件锁相的腔减相移光谱气体检测方法及装置
CN109211981A (zh) * 2018-09-05 2019-01-15 广东点球电子科技有限公司 Tds检测仪的探头校准方法、装置及tds检测仪
CN113310902A (zh) * 2021-05-26 2021-08-27 中国科学院光电技术研究所 一种光腔衰荡自适应光学主动横模匹配方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7301639B1 (en) * 2004-11-12 2007-11-27 Aerodyne Research, Inc. System and method for trace species detection using cavity attenuated phase shift spectroscopy with an incoherent light source
US20090120212A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-14 James Hargrove NOy and Components of NOy by Gas Phase Titration and NO2 Analysis with Background Correction
CN101290289A (zh) * 2008-05-30 2008-10-22 天津市蓝宇科工贸有限公司 紫外差分烟气浓度测量系统校准方法及实施装置
US20160274024A1 (en) * 2014-05-28 2016-09-22 Nanjing University Multi-channel aerosol scattering absorption measuring instrument
CN106841066A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 浙江大学 一种用于光谱法cod检测中的局部校准方法
CN108827894A (zh) * 2018-08-27 2018-11-16 北京大学 一种基于软件锁相的腔减相移光谱气体检测方法及装置
CN109211981A (zh) * 2018-09-05 2019-01-15 广东点球电子科技有限公司 Tds检测仪的探头校准方法、装置及tds检测仪
CN113310902A (zh) * 2021-05-26 2021-08-27 中国科学院光电技术研究所 一种光腔衰荡自适应光学主动横模匹配方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
况彩菱 等: "基于腔衰减相移光谱法的二氧化氮分析仪的设计与应用", 《环境科学学报》, vol. 40, no. 8, pages 2970 - 2976 *

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