第35卷，第12期 2015年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于光谱吸收率积分的气体浓度测量方法
刘慧军1.2，陶少华1.2*，杨兵初，邓宏贵
1：中南大学物理与电子学院，湖南长沙410083
Vol. 35 ,No. 12 -pp3490-3494
December: 2015
2，中南大学物理与电子学院先进材料超微结构与超快过程研究所，潮南长沙410083
摘要气体的光谱吸收率是Lambert-Beer定律对气体进行定性定量分析的重要依据，光谱吸收率积分值是描述气体吸收特性的一个重要参量。根据所测气体的吸收光谱图，通过从HITRAN数据库中查询得到所需数据，选择其中一条吸收光谱，计算出光谱吸收率在频域上的积分值，然后把积分值代人Lambert-Beer 定律便可以求出所测气体的浓度值。计算光谱吸收率的积分值，能够避开复杂的线型函数的计算，不需要通过标准气体进行校准，从而更加简捷、快速地求出气体浓度值。鉴于温度变化会引起相应的压强的变化，同时在压强不随温度变化以及压强随温度共同变化这两种情况下，对光谱吸收率积分值随温度的变化规律进行了研究。总结出在这两种情况下，光谱吸收率在频域上的积分值总是随者温度的增加而增加，当增加到一定温度时，光谱吸收率在频域上的积分值随着温度的增加而减小，最后趋于稳定，但是两种情况下光谱吸收率积分值变化趋势的范围有所不同。最后通过实验验证计算光谱吸收率在频域内的积分值时需要同时考虑温度的变化以及温度导致的相应的压强的变化，此时吸收率积分值相对误差约为1%：只考虑温度的变化而不考虑压强随温度的变化，吸收率积分值的相对误差值大于1%而且逐渐变大。研究温度对光谱吸收率积分值的影响，可以在使用光谱吸收率积分值计算气体浓度时，选择合适的温度范围即更稳定的吸收区，从而减少温度对测量结果带来的误差。
关键词气体检测；光谱吸收率；光学测量；激光技术
中图分类号：0561.3
引言
文献标识码：A
D0I. 10. 3964 /i. issn- 1000-0593(2015 )12-3490-05
基于光谱吸收率积分的气体浓度测量方法是一种普适的测量气体浓度的方法，只需得到气体的吸收光谱图，然后计算出光谱吸收率在频域上的积分值，通过Lambert-Beer定律
气体浓度检测方法接工作原理可以分为两类：非光学测量方法"以及光学测量方法2-6]。非光学测量方法一般响应较慢，而且不能实时测量，在应用范围上受到很大限制，而以光学分析为基础的检测技术具有灵敏度高、选择性强、反应速度快、无接触等优势，并且可以同时实时检测多种气体。近年来，根据Lambert-Beer定律，利用激光技术和分子吸收光谱进行气体浓度检测的光谱技术4-5发展迅速，它可以满足不同检测场所的不同要求以及不断提高检测精度。目前国内外学者对此进行了大量的研究6-5]，但大部分集中在温度和压强对吸收光谱线型函数峰值及展宽的影响。因为线型函数的计算是个很复杂的过程，所以我们采用基于光谱吸收率积分的气体浓度测量方法」，能够更加快速地计算出所测气体的浓度值。
收稿日期：2014-09-09，修订日期：2014-12-16
基金项目：国家自然科学基金项目(61172047，61178017)资助
就能够得到所测气体浓度值。该方法可以避免复杂的线型函数计算，消除光强波动，能够快速地计算出被测气体的浓度值：并且一般红外光谱中的定量分析需要配置一系列已知浓度的样品，然后通过拟合标准曲线来计算浓度；基于光谱吸收率积分的气体浓度测量方法可以通过HITRAN数据库的参数直接计算得到待测气体浓度，不需要通过标准气体进行校准，简单方便。光谱吸收率在频域上的积分值是气体浓度测量中的一个重要参数，积分值越精确，求得的浓度值越接近真实值。考患到现实生活中温度的多变性，而且在右油、化工领域需要精确检测易燃易爆气体浓度，以确保工人人身安全，因此，研究温度变化时气体光谱吸收率的变化规律对于气体的浓度检测具有重要的理论与实际价值。
作者简介：刘慧军，女，1991年生，中南大学物理与电子学院硕士研究生
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