[发明专利]一种检测谐波法测水蒸气浓度系统性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感系统检测领域，具体是一种检测谐波法测水蒸气浓度系统性能的方法。

背景技术

从地下产出的天然气均含有一定量的水，当温度降低或压力增加时，这些水蒸气的一部分可能会析出，形成液态水，可能形成具有强腐烛性的酸液,腐烛管线和设备。变压器在运输、存储和使用过程中都可以导致水由外界进入，同时油自身氧化也可以产生水。这些气体杂质和微量水分会降低变压器油的绝缘性能；超高压输电系统设备中新型绝缘介质和灭弧介质气体中含有水分时，易生成腐烛性的化学物质，腐烛绝缘设备。因此，水蒸气检测在天然气、石油、电力行业中对于保证设备的正常使用，避免意外爆炸事故的发生具有重要意义。

红外光谱吸收法是检测水蒸气浓度的重要方法之一，具有实时监测，响应快，寿命长，成本低的优势，但是传统的光谱吸收法易受电磁干扰。

在哈尔滨工程大学的博士研究生张可可的学位论文《光谱吸收式气体检测理论及技术研究》中，提出了用谐波法检测瓦斯的浓度，并对其性能进行评估。但是，这种评估方法对于水蒸气来说是难以实现的，因为作为一种非标准气体，水蒸气并没有一个检测的标准来作基准。现有技术的操作需要在实际存在的水蒸气发生吸收的情况下，才能给出检测结果。但是因为检测系统自身的性能是未知的，并不能准确地判断检测的结果的可靠性。所以，在实际的检测过程中，如何确定检测系统的性能，包括线性度和重复性，是一个急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提供了一种检测谐波法测水蒸气浓度系统性能的方法。

本发明方法的技术方案如下:

一种检测谐波法测水蒸气浓度系统性能的方法，由以下系统来实现，该系统主要包括单片机、驱动模块、电路模块、气路模块以及光路模块、信号采集模块，电路模块包括电流-电压转换模块和锁相放大器；光路模块包括激光器、耦合器和光电探测器；气路模块包括气室；模拟比尔-朗勃定律，将激光器的高频正弦驱动信号与气体的吸收系数在相对应的波长处相乘，模拟实际吸收过程，并将此信号作为最终的驱动信号输入检测系统使用，通过系统中接入不同的检测模块，采集分析数据，从而确认系统的重复性和线性度两方面的性能，以下分为电路模块、光路模块和气路模块三个部分进行检测，具体检测步骤为：

一：电路模块性能的检测

1)单片机和驱动模块相连，驱动模块上设置连接激光器的引脚处用激光器的等效电阻代替，驱动模块的输出端和电流-电压转换模块的输入端相连接，电流-电压转换模块的输出端和锁相放大器的输入端相连接，锁相放大器的输出端连接到信号采集模块；

2)将上述各部件连接好，接通电源，使系统能正常工作；

3)通过数学软件，模拟比尔-朗勃定律，设置参数光强I(v)，吸收系数α(ν)为特定函数，气室长度L为固定不变参数，以气体浓度C为变量，可得到不同的驱动信号，分别设置C为10组相同浓度和10组不同浓度，可得到10组相同的驱动信号和10组不同的驱动信号；

4)通过单片机依次将模拟得到的10组相同的驱动信号和10组不同的驱动信号给予驱动模块，信号从驱动模块输出后，接入电流电压转换部分，经过转换之后的信号输入锁相放大器的信号输入引脚，通过信号采集模块采集锁相放大器的输出结果；

5)对信号采集模块所得到的检测结果分析整理，得到该系统电路模块的重复性和线性度的性能：对10组相同驱动信号的检测结果分析，计算采集结果之间的标准差，标准差越小，则重复性越好；对10组不同驱动信号的检测结果分析，以不同浓度C为自变量，以相对应的检测结果为因变量，根据最小二乘法，可得到自变量与因变量的相关系数，该相关系数越高，线性度越好；

二：光路模块性能的检测

6)将单片机和驱动模块相连接，驱动模块和激光器相连接，激光器后面放置耦合器，耦合器的输出与光电探测器相连接，光电探测器的输出端和电流-电压转换模块的输入端相连接，电流-电压转换模块的输出端和锁相放大器的输入端相连接，锁相放大器的输出端连接到信号采集模块；

7)将上述各部件连接好，接通电源，使系统能正常工作；

8)通过单片机依次将步骤3)中模拟得到的10组相同的驱动信号和10组不同的驱动信号给予驱动模块，信号从驱动模块输出后，进入激光器，驱动激光器发出与驱动信号相对应的光信号，光信号经过耦合器之后进入光电探测器，进行光电转换，光电探测器的的输出信号接入电流电压转换部分，经过转换之后的信号输入锁相放大器的信号输入引脚，通过信号采集模块采集锁相放大器的输出结果；