[发明专利]基于分子光谱学及实验数据的中红外甲烷传感器校正方法

说明书

本发明提出了一种基于分子光谱学及实验数据的中红外甲烷传感器校正方法，步骤是：首先基于HITRAN数据库中获取的参数计算出确定波段下不同温度、压强下的甲烷分子吸收系数，其次通过可变温度、压强的测试装置获得甲烷气体在不同温度和压强下的吸光度，通过朗伯比尔定律反演出吸收系数，对HITRAN拟合出的吸收系数进行修正，最后将修正后的甲烷吸收系数用于红外甲烷传感器的校正，从而提高中红外甲烷传感器的精度。采用本发明的方法，可有效提高中红外甲烷传感器的精度。

技术领域

本发明涉及气体测量技术领域，具体涉及一种基于分子光谱学及实验数据的中红外甲烷传感器校正方法。

背景技术

红外甲烷传感器根据朗伯-比尔定律对甲烷的浓度进行检测，而吸收系数是朗伯-比尔定律中的重要参数，其受温度和压强的影响变化较大，其变化会导致浓度测量的误差，因而研究不同温度气压下的甲烷吸收系数的变化规律对设计高精度的红外甲烷传感器有重要意义。

目前有不分光红外甲烷检测技术方案，如公开号为CN110672545的专利提供了一种甲烷检测仪，该专利给出了常温、常压下测试甲烷浓度的方法，但是未考虑温度、气压变化对测量精度的影响。

发明内容

本发明在不分光红外检测方案的基础上，提供了基于分子光谱学及实验数据直接校正甲烷传感器的方法，提升了甲烷传感器精度。

为实现上述目的，本发明的采用了如下技术方案：

一种基于分子光谱学及实验数据的中红外甲烷传感器校正方法，包括如下步骤：

S1、基于从HITRAN数据库获取的参数计算甲烷多普勒线宽函数和洛伦兹线宽函数，并将多普勒线宽与洛伦兹线宽进行卷积得到Voigt曲线线宽函数；

S2、基于从HITRAN数据库获取的参数计算设定温度、气压下的甲烷气体的谱线强度；

S3、基于S1中得到的卷积结果和S2中得到的甲烷谱线强度，计算得到确定波数下预设温度、气压范围内甲烷气体的谱线吸收系数；

S4、基于S3中的计算结果，通过最小二乘法拟合出气压、温度与甲烷吸收系数之间的函数关系；

S5、基于甲烷吸收系数测试实验数据，对S4中得到的函数关系进行修正；

S6、基于实际测量时中红外甲烷传感器在确定温度、气压条件下参考通道和信号通道的电压值，结合修正后的函数关系计算得到校正后的甲烷测量浓度。

进一步的，步骤S1中，计算甲烷多普勒线宽函数具体包括：

S11、通过HITRAN数据库获取甲烷的分子量M；

S12、采用如下公式计算甲烷多普勒致宽半高宽α_D：

其中ν_ij为中心波数，c为光速，N_A为阿佛加德罗常数，k为玻尔兹曼常数，M为分子量，T为温度；

S13、将计算得到的多普勒致宽半高宽带入多普勒线宽函数中，得到甲烷多普勒线宽函数：

进一步的，步骤S1中，计算甲烷洛伦兹线宽函数具体包括：

S14、通过HITRAN数据库获取甲烷的空气半宽度γ_air，自展宽半宽度γ_self和温度依赖系数n_air；

S15、采用如下公式计算甲烷洛伦兹展宽半高宽γ(p,T)：