搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

单组分双分析通道红外气体检测方法研究

孙友文 刘文清 汪世美 黄书华 曾议 谢品华 陈军 王亚萍 司福祺

引用本文:
Citation:

单组分双分析通道红外气体检测方法研究

孙友文, 刘文清, 汪世美, 黄书华, 曾议, 谢品华, 陈军, 王亚萍, 司福祺

Measurement of a gas using none dispersive infrared technique with two analysis channels

Sun You-Wen, Liu Wen-Qing, Wang Shi-Mei, Huang Shu-Hua, Zeng Yi, Xie Pin-Hua, Chen Jun, Wang Ya-Ping, Si Fu-Qi
PDF
导出引用
  • 基于单分析通道非分散红外(non-dispersive infrared, NDIR)气体分析技术, 提出一种单组分双分析通道气体检测方法. 根据SO2的红外吸收特征, 采用逐线积分气体吸收模型和方法, 选择洛伦兹展宽线型并考虑温度和气压对积分线强、线型的影响, 确定了两个分析通道的滤波参数.使用7.32 μm和4 μm波段分别反演小于等于 280 ppm与大于280 ppm的SO2浓度;使用最小二乘法, 以三阶多项式为拟合模型, 获得了两个分析通道的定标曲线.对系统的测量线性度、检测限和测量准确度进行了分析. 两个分析通道的联合可以实现约几ppm至10000 ppm的宽动态范围的SO2测量, 且系统测量线性度大于0.99, 测量误差小于5%.既克服了NDIR气体分析技术检测灵敏度和宽动态测量范围不能同时兼顾的缺陷, 良好的系统测量线性度还为多组分气体分析的干扰修正提供了非常必要的前提条件.
    In this paper, we propose a method of measuring a gas by using non-dispersive infrared (NDIR) technique with two analysis channels. The filter parameters of the two analysis channels are calculated by line-by-line integral of the selected absorption spectrum of SO2. The influences of temperature and air pressure on strengths and Lorentzian shape functions are considered accurately in the calculation. The absorption wavelengths at 7.32 μm and 4.0 μm are chosen to detect the SO2 whose concentrations are ≤qslant 280 ppm and > 280 ppm, respectively. The calibration curves of the two analysis channels are obtained by least-squares fitting two 3-order polynomials. The linearity, the sensitivity and the accuracy of the analysis system are analyzed. SO2 concentration with a large range from ~ 5 ppm to 10000 ppm can be retrieved with the measurement linearity > 0.99 and measurement error < 5%. The reasonable tradeoff is made to optimize both sensitivity and measurement range jointly. A fair balance between measurement sensitivity and large span range is obtained. Furthermore, sufficiently good measurement linearity makes cross-interference correction possible in the NDIR multi-gas analyzer.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2009AA063006)、国家自然科学基金(批准号: 40805015) 和安徽省优秀青年科技基金(批准号: 10040606Y28)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2009AA063006), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40805015), and Excellent Youth Scientific Foundation of Anhui Province, China (Grant No. 10040606Y28).
    [1]

    Shindell D T, Faluvegi G, Koch D M, Schmidt G A, Unger N, Bauer S E 2009 Science 326 716

    [2]

    Krings T, Gerilowski K, Buchwitz M, Reuter M, Tretner A, Erzinger J, Heinze D, Burrows J P, Bovensmann H 2011 Atmos. Meas. Tech. 4 2207

    [3]

    Kidd G 2002 Spectrochimica Acta Part A 58 2373

    [4]

    Herget W F, Jahnke J A, Burch D E, Gryvnak D A 1976 Appl. Opt. 15 1222

    [5]

    Goody R M 1968 J. Opt. Soc. Am. 58 900

    [6]

    Lopez F, Frutos J D 1993 Sensors and Actuators A: Physical 37 502

    [7]

    Harold S L, Satoru S, Louis J D, Alberto M G 1999 (US Patent) 5886348 [1999.03.23]

    [8]

    Andre G, Gerard F, Pierre C 1985 Appl. Opt. 24 14

    [9]

    Dirk A, Gaston E M, Shrikrishna H N, Robert F M 2009 (US Patent) 12112 436 [2009.08.27]

    [10]

    Heusinkveld B G, Adrie F G J, Albert A M H 2008 Agr. Forest Meteorol. 148 1563

    [11]

    Sun Y W, Liu W Q, Wang S M, Huang S H 2011 Infrared 5 32 (in Chinese) [孙友文, 刘文清, 汪世美, 黄书华 2011 红外 5 32]

    [12]

    Sun Y W, Liu W Q, Wang S M, Huang S H 2011 Spectrosc. Spect. Anal. 10 31 (in Chinese) [孙友文, 刘文清, 汪世美, 黄书华 2011 光谱学与光谱分析 10 31]

    [13]

    Sun Y W, Liu W Q, Zeng Y, Wang S M, Huang S H 2011 Chin. Phys. Lett. 28 28

    [14]

    Sun Y W, Liu W Q, Wang S M, Huang S H, Yu X M 2011 Chin. Opt. Lett. 3 9

    [15]

    Rothman L S, Jaquemart D, Barbe A 2005 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Trans. 96 139

    [16]

    Burch D E, Singleton E B, Williams D 1962 Appl. Opt. 1 359

    [17]

    Sparks L 1997 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Trans. 53 633

    [18]

    York D 1968 Earth Planet. Sci. Lett. 5 320

    [19]

    Marcel M, Andreas D Z 1990 Anal. Chem. 62 2220

    [20]

    Tan Q L, Zhang W D, Xue C Y, Xiong J J 2008 Opt. Laser Technol. 40 703

    [21]

    David L, Li-7500 CO2 / H2O Analyzer Instruction Manual, D 2004 http: // www. licor. com / env / products / eddy_corariance / LI-7500A [2011. 9. 12]

    [22]

    Zhang S N, Luo Z Y, Shen W D, Liu X, Zhang Y G 2011 Acta Phys. Sin. 60 14221 (in Chinese) [张淑娜, 罗震岳, 沈伟东, 刘旭, 章岳光 2011 60 14221]

    [23]

    Hao N, Zhou B, Chen L M 2006 Acta Phys. Sin. 55 1529 (in Chinese) [郝楠, 周斌, 陈立民 2006 55 1529]

  • [1]

    Shindell D T, Faluvegi G, Koch D M, Schmidt G A, Unger N, Bauer S E 2009 Science 326 716

    [2]

    Krings T, Gerilowski K, Buchwitz M, Reuter M, Tretner A, Erzinger J, Heinze D, Burrows J P, Bovensmann H 2011 Atmos. Meas. Tech. 4 2207

    [3]

    Kidd G 2002 Spectrochimica Acta Part A 58 2373

    [4]

    Herget W F, Jahnke J A, Burch D E, Gryvnak D A 1976 Appl. Opt. 15 1222

    [5]

    Goody R M 1968 J. Opt. Soc. Am. 58 900

    [6]

    Lopez F, Frutos J D 1993 Sensors and Actuators A: Physical 37 502

    [7]

    Harold S L, Satoru S, Louis J D, Alberto M G 1999 (US Patent) 5886348 [1999.03.23]

    [8]

    Andre G, Gerard F, Pierre C 1985 Appl. Opt. 24 14

    [9]

    Dirk A, Gaston E M, Shrikrishna H N, Robert F M 2009 (US Patent) 12112 436 [2009.08.27]

    [10]

    Heusinkveld B G, Adrie F G J, Albert A M H 2008 Agr. Forest Meteorol. 148 1563

    [11]

    Sun Y W, Liu W Q, Wang S M, Huang S H 2011 Infrared 5 32 (in Chinese) [孙友文, 刘文清, 汪世美, 黄书华 2011 红外 5 32]

    [12]

    Sun Y W, Liu W Q, Wang S M, Huang S H 2011 Spectrosc. Spect. Anal. 10 31 (in Chinese) [孙友文, 刘文清, 汪世美, 黄书华 2011 光谱学与光谱分析 10 31]

    [13]

    Sun Y W, Liu W Q, Zeng Y, Wang S M, Huang S H 2011 Chin. Phys. Lett. 28 28

    [14]

    Sun Y W, Liu W Q, Wang S M, Huang S H, Yu X M 2011 Chin. Opt. Lett. 3 9

    [15]

    Rothman L S, Jaquemart D, Barbe A 2005 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Trans. 96 139

    [16]

    Burch D E, Singleton E B, Williams D 1962 Appl. Opt. 1 359

    [17]

    Sparks L 1997 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Trans. 53 633

    [18]

    York D 1968 Earth Planet. Sci. Lett. 5 320

    [19]

    Marcel M, Andreas D Z 1990 Anal. Chem. 62 2220

    [20]

    Tan Q L, Zhang W D, Xue C Y, Xiong J J 2008 Opt. Laser Technol. 40 703

    [21]

    David L, Li-7500 CO2 / H2O Analyzer Instruction Manual, D 2004 http: // www. licor. com / env / products / eddy_corariance / LI-7500A [2011. 9. 12]

    [22]

    Zhang S N, Luo Z Y, Shen W D, Liu X, Zhang Y G 2011 Acta Phys. Sin. 60 14221 (in Chinese) [张淑娜, 罗震岳, 沈伟东, 刘旭, 章岳光 2011 60 14221]

    [23]

    Hao N, Zhou B, Chen L M 2006 Acta Phys. Sin. 55 1529 (in Chinese) [郝楠, 周斌, 陈立民 2006 55 1529]

  • [1] 李绍民, 孙利群. 基于改进波长调制光谱技术的高吸收度甲烷气体测量.  , 2023, 72(1): 010701. doi: 10.7498/aps.72.20221725
    [2] 李绍民, 孙利群. 基于改进波长调制光谱技术的高吸收度甲烷气体测量.  , 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20221725
    [3] 王钰豪, 刘建国, 徐亮, 成潇潇, 邓亚颂, 沈先春, 孙永丰, 徐寒杨. 傅里叶红外光谱气体检测限的定性分析.  , 2022, 71(9): 093201. doi: 10.7498/aps.71.20212366
    [4] 战海洋, 邢飞, 张利. 面向近原子尺度制造的光学测量精度极限分析.  , 2021, 70(6): 060703. doi: 10.7498/aps.70.20201924
    [5] 郑香脂, 张爱兵, 关燚炳, 刘超, 王文静, 田峥, 孔令高, 孙越强. 电磁监测试验卫星阻滞势分析器探测技术.  , 2017, 66(7): 079401. doi: 10.7498/aps.66.079401
    [6] 史平, 马健, 钱轩, 姬扬, 李伟. 铷原子气体自旋噪声谱测量的信噪比分析.  , 2017, 66(1): 017201. doi: 10.7498/aps.66.017201
    [7] 李斌, 罗时文, 余安澜, 熊东升, 王新兵, 左都罗. 共焦腔增强的空气拉曼散射.  , 2017, 66(19): 190703. doi: 10.7498/aps.66.190703
    [8] 田园, 孙友文, 谢品华, 刘诚, 刘文清, 刘建国, 李昂, 胡仁志, 王薇, 曾议. 地基高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中的CH4浓度变化.  , 2015, 64(7): 070704. doi: 10.7498/aps.64.070704
    [9] 张志荣, 吴边, 夏滑, 庞涛, 王高旋, 孙鹏帅, 董凤忠, 王煜. 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体浓度测量温度影响修正方法研究.  , 2013, 62(23): 234204. doi: 10.7498/aps.62.234204
    [10] 许雪梅, 李奔荣, 杨兵初, 蒋礼, 尹林子, 丁一鹏, 曹粲. 基于光声光谱技术的NO,NO2气体分析仪研究.  , 2013, 62(20): 200704. doi: 10.7498/aps.62.200704
    [11] 焦洋, 徐亮, 高闽光, 金岭, 童晶晶, 李胜, 魏秀丽. 污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究.  , 2013, 62(14): 140705. doi: 10.7498/aps.62.140705
    [12] 孙友文, 谢品华, 徐晋, 周海金, 刘诚, 王杨, 刘文清, 司福祺, 曾议. 采用加权函数修正的差分光学吸收光谱反演环境大气中的CO2垂直柱浓度.  , 2013, 62(13): 130703. doi: 10.7498/aps.62.130703
    [13] 孙友文, 刘文清, 谢品华, 方武, 曾议, 司福祺, 李先欣, 詹锴. 差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用.  , 2013, 62(1): 010701. doi: 10.7498/aps.62.010701
    [14] 董美丽, 赵卫雄, 程跃, 胡长进, 顾学军, 张为俊. 宽带腔增强吸收光谱技术应用于痕量气体探测及气溶胶消光系数测量.  , 2012, 61(6): 060702. doi: 10.7498/aps.61.060702
    [15] 孙友文, 刘文清, 谢品华, 陈嘉乐, 曾议, 徐晋, 李昂, 司福祺, 李先欣. 红外差分光学吸收光谱技术测量环境大气中的水汽.  , 2012, 61(14): 140705. doi: 10.7498/aps.61.140705
    [16] 刘志明, 刘文清, 高闽光, 童晶晶, 张天舒, 徐亮, 魏秀丽, 金岭, 王亚萍, 陈军. 基于红外掩日通量法(SOF)污染源排放气体浓度时空分布反演算法研究.  , 2010, 59(8): 5397-5405. doi: 10.7498/aps.59.5397
    [17] 王 飞, 黄群星, 李 宁, 严建华, 池 涌, 岑可法. 利用可调谐半导体激光光谱技术对含尘气体中NH3的测量.  , 2007, 56(7): 3867-3872. doi: 10.7498/aps.56.3867
    [18] 熊志铭, 张青川, 陈大鹏, 伍小平, 郭哲颖, 董凤良, 缪正宇, 李超波. 光学读出微梁阵列红外成像及性能分析.  , 2007, 56(5): 2529-2536. doi: 10.7498/aps.56.2529
    [19] 何志红, 姚建铨, 时华峰, 黄 晓, 罗锡璋, 江绍基, 李建荣, 王 鹏. 抽运光强度对光学抽运重水气体产生THz激光的影响分析.  , 2007, 56(11): 6451-6456. doi: 10.7498/aps.56.6451
    [20] 周 斌, 郝 楠, 陈立民. 夫琅禾费线对差分光学吸收光谱法测量大气污染气体影响的研究.  , 2005, 54(9): 4445-4450. doi: 10.7498/aps.54.4445
计量
  • 文章访问数:  7156
  • PDF下载量:  807
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-24
  • 修回日期:  2011-10-24
  • 刊出日期:  2012-07-05

/

返回文章
返回
Baidu
map