[发明专利]一种非接触式海洋溶解高温气体监测仪和监测方法

权利要求书

1.一种非接触式海洋溶解高温气体监测仪，所述高温气体为甲烷、硫化氢或二氧化碳；其特征在于：包括依次设置的前置光学系统(1)、扩束镜(3)、准直镜(4)、窄带干涉滤光片(5)、成像透镜(6)、探测器(7)和处理器；

前置光学系统(1)用于收集高温气体辐射的光线；

扩束镜(3)用于对所述光线进行扩束；

准直镜(4)用于对光线进行光准直；

所述窄带干涉滤光片(5)的透射波长与被监测的高温气体的辐射波长相匹配；窄带干涉滤光片(5)用于将所述准直镜(4)准直后的不同波长的谱线分离，并将同一波长的多条光线以平行光束出射；

当被监测高温气体为甲烷时，入射至所述窄带干涉滤光片(5)的光线的入射角至少应达到16°；

当被监测高温气体为硫化氢时，入射至所述窄带干涉滤光片(5)的光线的入射角至少应达到10°；

当被监测高温气体为二氧化碳时，入射至所述窄带干涉滤光片(5)的光线的入射角至少应达到7°；

成像透镜(6)用于将窄带干涉滤光片(5)的同一出射角的平行光束汇聚于探测器(7)上，在所述探测器(7)上形成干涉条纹；

所述处理器(8)用于根据所述干涉条纹获取高温气体的浓度、温度和压强信息。

2.根据权利要求1所述的非接触式海洋溶解高温气体监测仪，其特征在于：所述光学系统(1)和扩束镜(3)之间的距离大于20m时，光学系统(1)和扩束镜(3)通过光纤(2)相连。

3.根据权利要求1所述的非接触式海洋溶解高温气体监测仪，其特征在于：所述光学系统(1)和扩束镜(3)之间的距离在1m和20m之间时，光学系统(1)和扩束镜(3)之间设置有光导管。

4.根据权利要求1或2或3所述的非接触式海洋溶解高温气体监测仪，其特征在于：所述前置光学系统(1)采用菲涅尔透镜。

5.非接触式海洋溶解高温气体监测方法，所述高温气体为甲烷、硫化氢或二氧化碳；其特征在于，包括以下步骤：

1)获取高温气体目标的辐射光线；

2)将获取的辐射光线扩束、准直后以设定的入射角入射至窄带干涉滤光片；

3)窄带干涉滤光片对入射至其上的光束进行谱线分离，并将同一波长的多条光线以平行光束出射；

4)利用成像透镜将窄带干涉滤光片的出射光束成像于探测器上，获取干涉条纹；

5)从所述干涉条纹中提取高温气体的浓度、温度和压强。

6.根据权利要求5所述的非接触式海洋溶解高温气体监测方法，其特征在于：所述步骤5)提取高温气体的浓度、温度和压强的具体方法为：

5.1)构建干涉条纹与高温气体浓度、温度和压强的模型关系；

5.2)将实测的干涉条纹信息输入步骤5.1)所建立的模型中，反演得到高温气体浓度、温度和压强。

7.根据权利要求6所述的非接触式海洋溶解高温气体监测方法，其特征在于：所述步骤5.1)构建模型关系的具体方法为：

5.1.1)设定高温气体的三个物理量分别为某一设定值时，记录一组干涉条纹强度；所述三个物理量为浓度、温度和压强；

5.1.2)按照设定规则分别改变所述三个物理量的设定值，记录对应的干涉条纹强度，得到n*m*p组样本数据；每组样本数据包括三个物理量和其所对应的干涉条纹强度；n、m和p分别为浓度、温度和压强值的设定次数；

5.1.3)利用偏最小二乘法建立回归方程，即所述三个物理量与干涉条纹强度的数学关系。

8.根据权利要求7所述的非接触式海洋溶解高温气体监测方法，其特征在于：所述步骤5.1.2)中三个物理量的设定规则具体为：

浓度设定值范围为0.1μmol/L-100mmol/L，变化间隔根据精度要求和工作量适当选取，对应得到n组数据；

温度设定值范围为4K-400K，变化间隔根据精度要求和工作量适当选取，对应得到m组数据；

压强设定值范围为1MPa-40MPa，变化间隔根据精度要求和工作量适当选取，对应得到p组数据。

9.根据权利要求5所述的非接触式海洋溶解高温气体监测方法，其特征在于，所述步骤2)中：

当被监测高温气体为甲烷时，入射至所述窄带干涉滤光片的光线的入射角至少应达到16°；

当被监测高温气体为硫化氢时，入射至所述窄带干涉滤光片的光线的入射角至少应达到10°；

当被监测高温气体为二氧化碳时，入射至所述窄带干涉滤光片的光线的入射角至少应达到7°。