一种非分散红外气体检测的气体浓度计算方法与流程

本发明涉及气体检测，具体涉及一种非分散红外气体检测的气体浓度计算方法。

背景技术：

1、非分散红外气体检测是一种利用气体的红外特征吸收特性并依据朗伯比尔定律来检测气体浓度的检测技术。采用该检测技术的仪器不需要复杂的分光机构，并且检测的光谱范围较宽，具有结构简单、信噪比高以及成本低的优点，因此，该检测技术在气体检测仪器和气体泄漏报警器中得到了广泛的应用。

2、在非分散红外气体检测技术的应用中，主要是利用了气体在中红外光谱区域的特征吸收特性。这是因为基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，而气体的基频吸收带位于中红外光谱区域，因此，该区域最适合进行气体的定性分析。常见的气体，例如一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)等，在中红外光谱区域都具有比较强烈的吸收特性，因此，都可以采用非分散红外气体检测技术来进行检测。

3、然而，这些气体的特征吸收并不是连续的，而是由密集的吸收线组成。当采用非分散红外气体检测技术进行检测时，在检测光谱范围内，吸收线之外的光强值也会进入到红外光检测器中，这会使得实际情况偏离朗伯比尔定律适用的理想情况。具体表现为：由红外光检测器所采集的检测光信号计算出来的吸光度与实际气体浓度之间呈非线性的关系。

4、针对非线性的问题，常规的做法是采用多项式拟合的方式来修正非线性。但是，多项式拟合的方式会存在以下问题：对于一个非分散红外气体分析仪来说，需要较多的标定点来拟合标定曲线，并且在校准时也需要较多的校准点进行校准，这给标定和校准带来了较大的工作量，降低了检测效率。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，能够减少标定和校准的工作量，提高检测效率。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，包括如下步骤：

3、步骤s100、选择测量所用光谱通道的光谱范围：

4、步骤s200、假定在已知光源情况下，步骤s100中所选的光谱通道中总的光强值为i0,不参与吸收的光谱段的光强值所占比例为α；

5、步骤s300、当含有被测气体时，检测到的光强值为i，那么，吸光度a的计算公式为：

6、

7、其中，公式中的i0与α为步骤s200中的i0与α；

8、步骤s400、采用两种或两种以上浓度的标气，根据步骤s300中的吸光度a的计算公式，计算在不同浓度情况下的标气的吸光度a，并根据标气的浓度和计算所得的吸光度a，进行拟合标定曲线；

9、步骤s500、对于待测气体，根据步骤s300计算得到吸光度a，并将计算得到的吸光度a代入步骤s400所得的标定曲线中，获得待测气体的浓度。

10、相比现有技术，本发明的有益效果在于：本方法在计算吸光度a时，扣除了不参与吸收的光谱段的光强值，从而降低了气体吸光度与实际气体浓度之间的非线性，在拟合标定曲线时，最少可以只采用两种浓度的标气进行标定，校准时也就可以采用较少的校准点进行校准，因此，本方法可以实现非分散红外气体分析仪器的线性动态范围的扩展，能够减少标定点和校准点的数量，进而减少标定和校准的工作量，提高检测效率。

11、上述的非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，对于硬件参数相同，且只包含测量通道的非分散红外气体分析仪器，在确定的量程范围内，通过以下步骤确定α的数值：

12、s610、在所需量程范围内，选择n个浓度点的标气；

13、s620、检测通零气情况下所采集到的光强值i0；

14、s630、检测通标气情况下所采集到的光强值，且n个浓度点的标气对应n个光强值ii，其中，i为整数且i＝1～n，且n≥5；

15、s640、根据步骤s630中的n个光强值ii，采用s300中的公式计算n个吸光度ai，其中，α根据实际情况选取不同数值进行遍历，每一个α值对应计算得到一组ai；

16、s650、将步骤s640中计算所得的多组吸光度ai分别与n个标气的浓度点进行拟合校准曲线，并分别求拟合曲线的r2；

17、s660、根据步骤s650中的r2，选择r2最接近1时对应的α值，作为该类型分析仪器的α值，分析仪器的硬件和量程不发生变化时，该值为恒定值。

18、上述的非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，对于同时包含参考通道和测量通道的双通道非分散红外气体分析仪器：

19、在步骤s200中，假定在已知光源情况下，步骤s100中所选的光谱通道中，参考通道的光强值为i′0，测量通道的光强值为i0；

20、在步骤s300中，当含有被测气体时，参考通道的光强值为i′，测量通道的光强值为i，那么，吸光度a的计算公式为：

21、

22、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

技术特征：

1.一种非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，其特征在于，对于硬件参数相同，且只包含测量通道的非分散红外气体分析仪器，在确定的量程范围内，通过以下步骤确定α的数值：

3.根据权利要求1所述的非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，其特征在于，对于同时包含参考通道和测量通道的双通道非分散红外气体分析仪器：

技术总结
本发明公开了一种非分散红外气体检测的气体浓度计算方法，包括如下步骤：选择测量所用光谱通道的光谱范围：假定在已知光源情况下，所选的光谱通道中总的光强值为I<subgt;0</subgt;,不参与吸收的光谱段的光强值所占比例为α；当含有被测气体时，检测到的光强值为I，那么，吸光度A的计算公式为采用两种或两种以上浓度的标气，根据吸光度A的计算公式，计算在不同浓度情况下的标气的吸光度A，并根据标气的浓度和计算所得的吸光度A，进行拟合标定曲线；对于待测气体，根据计算得到吸光度A，并将计算得到的吸光度A代入所得的标定曲线中，获得待测气体的浓度。本方法能够减少标定点和校准点的数量，进而减少标定和校准的工作量，提高检测效率。

技术研发人员：邓春磊,崔俊宏,齐敏珺,汲玉卓,魏秀丽,吴富强
受保护的技术使用者：青岛崂应海纳光电环保集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15