久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

用于測量在測試氣體中的氣體成分的濃度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量測試氣體的氣體成分濃度的方法。在根據(jù)波長調(diào)制光譜的氣體分析方法中，在調(diào)制頻率的諧波振蕩中解調(diào)獲得的測量信號(hào)并通過將額定曲線擬合到解調(diào)的測量信號(hào)變化曲線上得出測量結(jié)果。為減少干擾影響引起的測量結(jié)果中的改變，在分析時(shí)附加地將與額定曲線正交的函數(shù)擬合到解調(diào)的測量信號(hào)變化曲線上，產(chǎn)生測量結(jié)果的正交分量。正交分量不與測量信號(hào)而與干擾信號(hào)的正交分量關(guān)聯(lián)，其同相分量在其方面作為干擾信號(hào)部分直接顯現(xiàn)在測量信號(hào)中。在測量校準(zhǔn)時(shí)，改變?nèi)鐨怏w分析儀的工作溫度且測定誤差以及誤差的同相和正交分量間的關(guān)聯(lián)。在測量氣體成分的未知濃度時(shí)，以同相分量校正測量結(jié)果，其由正交分量及在使用測量校準(zhǔn)時(shí)測定的關(guān)聯(lián)確定。
【專利說明】用于測量在測試氣體中的氣體成分的濃度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助氣體分析儀測量測試氣體中的氣體成分濃度的方法，其中
[0002]-為了與波長相關(guān)地掃描氣體成分的感興趣的吸收譜線，波長能調(diào)諧的光源的光的波長在周期性依次連續(xù)的掃描區(qū)間之中改變并且在此附加地利用頻率調(diào)制該波長，
[0003]-經(jīng)過調(diào)制的光引導(dǎo)穿過測試氣體到探測器上，
[0004]-在該頻率的諧波振蕩中解調(diào)由探測器產(chǎn)生的測量信號(hào)，并且
[0005]-通過將額定曲線擬合到解調(diào)的測量信號(hào)的變化曲線上產(chǎn)生測量結(jié)果。

【背景技術(shù)】
[0006]由EP I 475 618 BI中已知這種方法。
[0007]在已知方法中，激光二極管的形式的波長能調(diào)諧的光源產(chǎn)生紅外波段中的光，所述光引導(dǎo)穿過待測量的過程氣體(測試氣體)并且隨后探測所述光。光的波長調(diào)諧到相應(yīng)的待測量的氣體成分的特殊吸收譜線上，其中周期性地與波長相關(guān)地掃描吸收譜線。為此，在周期性依次連續(xù)的掃描區(qū)間內(nèi)利用斜面或三角形電流信號(hào)操控激光二極管。在較慢的掃描吸收譜線期間，附加地利用高頻率和小的振幅正弦地調(diào)制所產(chǎn)生的光的波長。因?yàn)槲兆V線的輪廓不是線性的，在探測中獲得的測量信號(hào)中也產(chǎn)生在調(diào)制頻率之上的諧波。通常在η次諧波振蕩中、優(yōu)選地在二次諧波中通過相位敏感的鎖定(Lock-1n)技術(shù)解調(diào)測量信號(hào)，并且為每個(gè)掃描區(qū)間分析出一個(gè)測量結(jié)果。在小調(diào)制振幅時(shí)，η次諧波的探測直接與直接測量信號(hào)的η階導(dǎo)數(shù)成比例。該分析例如通過將理想情況中的解調(diào)測量信號(hào)的應(yīng)出現(xiàn)的變化曲線(額定曲線)擬合(Curve-Fitting曲線擬合)到其實(shí)際變化曲線(實(shí)際曲線)上來實(shí)現(xiàn)。最后，由此時(shí)獲得的測量結(jié)果確定了待測氣體成分的濃度。
[0008]氣體分析儀之中的溫度改變能夠?qū)е聹y量結(jié)果的改變。這種稱為偏移(Drift)的氣體分析儀特性限制了其測量表現(xiàn)并且決定性地限制了待實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。偏移的原因可能在于光路中的其他標(biāo)準(zhǔn)器中。這在解調(diào)的測量信號(hào)的變化曲線中導(dǎo)致了周期性的結(jié)構(gòu)，其位于應(yīng)產(chǎn)生的吸收信號(hào)的頻率區(qū)域中。在曲線擬合中，這導(dǎo)致了錯(cuò)誤擬合的函數(shù)以及在待測氣體成分的測定濃度和實(shí)際濃度之間的偏差。
[0009]為了抑制這些干擾信號(hào)部分，由前面所述的EP I 475 618 BI中已知，由光源產(chǎn)生的光的一部分直接引導(dǎo)到監(jiān)視探測器上，并且在η次諧波振蕩中解調(diào)和分析所獲得的監(jiān)視信號(hào)。解調(diào)的監(jiān)視信號(hào)與零線的每個(gè)偏差都基于光學(xué)干擾，只要該光學(xué)干擾位于光源的區(qū)域中或者在光路的由測量和檢測信道共同使用的部段中，其也妨礙了測量信號(hào)。通過附加地利用η次諧波振蕩調(diào)制光的波長，借助預(yù)矯正光源的控制來補(bǔ)償該干擾，其中調(diào)制強(qiáng)度取決于解調(diào)的監(jiān)視信號(hào)。
[0010]然而，所產(chǎn)生的光的部分脫耦到監(jiān)視探測器上導(dǎo)致了增長了的結(jié)構(gòu)上的和電路技術(shù)上的花費(fèi)，其隨著更高的干擾靈敏度而出現(xiàn)。此外，沒有補(bǔ)償在測量監(jiān)視信道的共同部段之外出現(xiàn)的測量信號(hào)的干擾。
[0011]從EP 2 336 738 Al或EP I 927 831 Al中已知，例如通過光源的機(jī)械震蕩來改變光學(xué)路徑長，并且從解調(diào)的測量信號(hào)中算出周期性的干擾性結(jié)構(gòu)。但是，由此僅能減少確定的、由并聯(lián)的光學(xué)表面在光路中產(chǎn)生的干涉干擾被減少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明基于以下目的，減少由氣體分析儀中的干擾影響例如溫度改變產(chǎn)生的測量結(jié)果中的改變。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，該目的由此實(shí)現(xiàn)，即在前面所述類型的方法中
[0014]-提供與額定曲線正交的函數(shù)，以及通過將正交函數(shù)擬合到解調(diào)的測量信號(hào)變化曲線上產(chǎn)生測量結(jié)果的正交分量，
[0015]-為了測量校準(zhǔn)，在已知的待測氣體成分的濃度中改變干擾參數(shù)并且此時(shí)測定誤差，該誤差由同相分量和正交分量構(gòu)成，同向分量的形式是在所獲得的測量結(jié)果和額定測量結(jié)果之間的差值，其中還測定在誤差的同相分量和其正交分量之間的關(guān)聯(lián)，并且
[0016]-在測量測試氣體成分的未知濃度時(shí)，利用同向分量校正此時(shí)獲得的測量結(jié)果，同向分量根據(jù)在測量校準(zhǔn)時(shí)測定的關(guān)聯(lián)由同樣獲得的正交分量來確定。
[0017]與額定曲線、即與理想情況中應(yīng)出現(xiàn)的解調(diào)的測量信號(hào)變化曲線正交的函數(shù)，基于其正交特性而不與待測吸收譜線(確切地說是其解調(diào)頻率分量的變化曲線)的形狀相關(guān)。替代地，正交函數(shù)與干擾信號(hào)的正交分量相關(guān)，正交分量的同相分量在其方面直接顯現(xiàn)為測量信號(hào)中的干擾信號(hào)部分。
[0018]通過除了將額定曲線還將與其正交的函數(shù)擬合到解調(diào)的測量信號(hào)上，除了含有干擾的測量結(jié)果(確切地說測量結(jié)果的含有干擾的同相分量)，也獲得了測量結(jié)果的正交分量，其與干擾的正交分量相同。因此在測量校準(zhǔn)的范疇中，在待測氣體成分的已知濃度中，利用同相分量以及正交分量能夠測定測量誤差，其中誤差的同相分量由在獲得的測量結(jié)果和已知濃度的額定測量結(jié)果之間的差值構(gòu)成。因此在測定誤差的同相分量和正交分量之間的關(guān)聯(lián)之后，在測試氣體成分的未知濃度時(shí)，可以通過使用所謂的關(guān)聯(lián)和同樣獲得的正交分量校正此時(shí)獲得的測量結(jié)果。
[0019]如上述，干擾或誤差的很大部分可能與溫度相關(guān)。因此在校準(zhǔn)期間，可以改變氣體分析儀的工作溫度，以使得測定的誤差根據(jù)溫度或者說在氣體分析儀的變熱或冷卻變化曲線中改變。在光路中的標(biāo)準(zhǔn)器效應(yīng)導(dǎo)致了，誤差在溫度走向上周期性地改變，即由誤差的同相分量和正交分量形成的矢量是轉(zhuǎn)動(dòng)的。其他的干擾效應(yīng)、例如標(biāo)準(zhǔn)器的反射的改變，相反地導(dǎo)致了誤差矢量的長度改變和/或同相分量與正交分量的偏移量。因此可能的是，由于誤差走向、即誤差改變的方式和方法，在不同的干擾類型之間進(jìn)行區(qū)分。
[0020]因?yàn)槿缢?，?biāo)準(zhǔn)器效應(yīng)在溫度變化曲線上導(dǎo)致了誤差的周期性改變或波動(dòng)，以使得誤差矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，在誤差的同相分量和正交分量之間的待測定的關(guān)聯(lián)是不明確的。因此在測量校準(zhǔn)時(shí)，優(yōu)選地也測量溫度，以便能夠測定誤差的同相分量、其正交分量和測量的溫度之間的函數(shù)關(guān)聯(lián)以及進(jìn)而明確的關(guān)聯(lián)。
[0021]替代性地或補(bǔ)充地，也可以補(bǔ)償在測試氣體中的干擾氣體成分的誤差影響，干擾氣體成分在光譜上與待測氣體成分的感興趣的吸收譜線相重合。在這種情況下，在干擾氣體成分的不同的已知濃度中校準(zhǔn)氣體分析儀，并且此時(shí)測定在誤差的同相分量、其正交分量和干擾氣體成分的濃度之間的函數(shù)關(guān)聯(lián)。雖然干擾氣體成分能夠以與待測氣體成分相同的方式通過將相應(yīng)的額定曲線擬合到解調(diào)的測量信號(hào)的變化曲線上來測定，然而相反地，此時(shí)待測氣體成分將明顯地進(jìn)行干擾。與此相對地，根據(jù)本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，即感興趣的氣體成分不影響干擾氣體測量。此外，干擾氣體測量局限在與光譜相關(guān)的和與頻率相關(guān)的部分上，這防止了，其他的影響參量影響干擾氣體測量，例如在光譜上僅與干擾氣體成分重合、然而不與待測量的氣體成分重合第三氣體成分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了繼續(xù)闡述本發(fā)明，下面參考附圖的圖示；各圖示出:
[0023]圖1是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的氣體分析儀的實(shí)施例，
[0024]圖2是已解調(diào)的測量信號(hào)的干擾的實(shí)例，
[0025]圖3是理想情況中應(yīng)出現(xiàn)的解調(diào)測量信號(hào)變化曲線的相應(yīng)額定曲線和與其正交的函數(shù)的實(shí)例，
[0026]圖4是通過將額定曲線和正交函數(shù)擬合到包括已解調(diào)的測量信號(hào)的與溫度相關(guān)的測量結(jié)果的實(shí)例，和
[0027]圖5是在不同的溫度區(qū)域之中的測量結(jié)果的改變的實(shí)例。

【具體實(shí)施方式】
[0028]在圖1中以簡化的方框圖示出的氣體分析儀涉及用于測量測試氣體I的至少一種感興趣的氣體成分的濃度的激光光譜儀，該測試氣體存在于測試容積2中、例如在測量容器或過程氣體管道中。光譜儀包括激光二極管形式的光源3，其光4在透射測試氣體I之后射到測量探測器5上。由調(diào)制裝置6控制的電源7為激光二極管3輸送注入電流i，其中所產(chǎn)生的光4的強(qiáng)度和波長取決于激光二極管3的電流i和工作溫度。調(diào)制裝置6包括第一信號(hào)發(fā)生器8，其周期性地以預(yù)定的、優(yōu)選地斜面或三角形的函數(shù)9操控電源7，以便利用與電流i的變化曲線或多或少成線性跟隨的所產(chǎn)生的光4的波長掃描感興趣的氣體成分的所選擇的吸收譜線。第二信號(hào)發(fā)生器10產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)11，利用該信號(hào)在累加器12中調(diào)制斜坡或三角形狀的函數(shù)9。
[0029]根據(jù)已探測的光強(qiáng)，測量探測器5產(chǎn)生測量信號(hào)13，在鎖定(Lock-1n)放大器14中于調(diào)制頻率fo的諧波Iiftl (n = 1,2,3...)、此處例如為2&，中解調(diào)該信號(hào)。在下游的分析裝置15中，解調(diào)的測量信號(hào)13’對于每一個(gè)掃描區(qū)間分析出一個(gè)測量信號(hào)。為此在第一計(jì)算單元16中與理想的解調(diào)的測量信號(hào)13’相對應(yīng)的額定曲線和在第二計(jì)算單元17中與額定曲線正交的函數(shù)擬合到解調(diào)的測量信號(hào)13’上。
[0030]如前述，在氣體分析儀內(nèi)部的溫度改變能夠?qū)е聹y量結(jié)果的偏移，其中偏移的原因是光路中的標(biāo)準(zhǔn)器，其導(dǎo)致了解調(diào)的測量信號(hào)13’的變化曲線中的周期性結(jié)構(gòu)。
[0031]圖2示例性示出在調(diào)制頻率&的二次諧波中的解調(diào)的無干擾的測量信號(hào)13’ a、周期性的干擾18以及由干擾18疊加的測量信號(hào)13’ b。立刻能識(shí)別的是，將與理想的解調(diào)的測量信號(hào)13’a相對應(yīng)的額定曲線(圖3中的19)擬合到受干擾的測量信號(hào)13’b處沒有導(dǎo)致正確的濃度確定。
[0032]圖3示例性示出與理想方式下應(yīng)出現(xiàn)的解調(diào)的測量信號(hào)13’的變化曲線相對應(yīng)的額定曲線19和與其正交的函數(shù)20。區(qū)別于額定曲線19，正交函數(shù)20與解調(diào)的測量信號(hào)13’或13’a不相關(guān)，而是與干擾信號(hào)的正交分量相關(guān)，其同相分量在其方面直接作為干擾信號(hào)部分顯現(xiàn)在解調(diào)的測量信號(hào)13’或13’ a中。
[0033]回到圖1，計(jì)算單元16提供或多或少有干擾的測量結(jié)果M，確切地說由有效部分S=Sin和同相干擾部分Nin構(gòu)成的測量結(jié)果M的同相分量Min。計(jì)算單元17產(chǎn)生由正交干擾部分NOTth。構(gòu)成的測量結(jié)果M的正交分量MOTth。:
[0034]M = Min+Mortho = (S+Nin) +Northo 其中 S = Sin 且 Sortho = O。
[0035]圖4不例性不出具有其同相分量和正交分量的測量結(jié)果M的矢量圖。為了測量校準(zhǔn)，在待測氣體成分的已知濃度中，改變氣體分析儀的工作溫度并且在此測定誤差N，其由同相分量Nin和正交分量Mtjrth。構(gòu)成，通向分量的形式是在同相測量結(jié)果Min和額定測量結(jié)果Sin之間的差值。在下一步驟中測定在誤差N的同相分量Nin和其正交分量NOTth。之間的關(guān)聯(lián)。圖4示出了簡單的情況，其中以圍繞額定測量結(jié)果Sin的大約的圓說明了基于標(biāo)準(zhǔn)器效應(yīng)的溫度T上的誤差N。這種關(guān)聯(lián)保存在于計(jì)算單元16，17的下游布置的其他計(jì)算單元19的存儲(chǔ)器18(圖1)中，該計(jì)算單元在測量氣體成分的未知濃度時(shí)利用同相分量校正此時(shí)獲得的同相測量結(jié)果Min，其通過應(yīng)用所存儲(chǔ)的關(guān)聯(lián)由同樣獲得的正交分量MOTth。中確定。在圖4中示出的簡單的實(shí)例中，在測量校準(zhǔn)的范疇中，確定圓的半徑R= |N|并且在測量氣體成分的未知濃度時(shí)，如下地校正此時(shí)獲得的同相測量結(jié)果Min:
[0036]Min korr = Min ± (R2 - M2ortho)1/2
[0037]圖5示出了在不同的溫度區(qū)域Tl和T2、例如Tl = 45°C至49°C和Tl = _6°C至_2°C內(nèi)的測量結(jié)果M的改變。在實(shí)際測量中，根據(jù)情況多個(gè)具有不同的溫度相關(guān)性和溫度敏感性的標(biāo)準(zhǔn)器起作用，從而由其引起的誤差能在矢量圖中以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，振幅(矢量長度)由于強(qiáng)度的改變(溫度的調(diào)整相關(guān)性)或者通過反射的改變(例如光學(xué)面的涂層)而改變。當(dāng)附加其他的干擾影響、即不同于標(biāo)準(zhǔn)器的表現(xiàn)的干擾影響時(shí)，那么振幅也改變。此時(shí)，測量結(jié)果M(T1)，M(T2)由在矢量圖中與溫度相關(guān)的成直線地運(yùn)動(dòng)的分量MtMns—T1，Mtransj2和這種旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)的MMt—T1，MMt—Τ2。
【權(quán)利要求】
1.一種用于借助氣體分析儀測量測試氣體(I)中的氣體成分的濃度的方法，其中 為與波長相關(guān)地掃描所述氣體成分的感興趣的吸收譜線，波長能調(diào)諧的光源(3)的光(4)的波長在周期性依次連續(xù)的掃描區(qū)間之中變化，并且在此附加地利用頻率(&)調(diào)制所述波長， 經(jīng)過調(diào)制的所述光(4)引導(dǎo)穿過所述測試氣體(I)至探測器(5)上， 在所述頻率(fo)的諧波振蕩(Iiftl)中解調(diào)由所述探測器(5)產(chǎn)生的測量信號(hào)(16)，并且 通過將額定曲線(19)擬合到解調(diào)的測量信號(hào)(13’)的變化曲線上產(chǎn)生測量結(jié)果， 其特征在于， 提供與所述額定曲線(19)正交函數(shù)(20)，并通過將所述正交函數(shù)(20)擬合到所述解調(diào)的測量信號(hào)(13’)的變化曲線上產(chǎn)生所述測量結(jié)果的正交分量(MOTth。) 為了測量校準(zhǔn)，在已知的待測的所述氣體成分的濃度中改變干擾參數(shù)并且在此測定誤差(N)，所述誤差由所獲得的所述測量結(jié)果(Min)和額定測量結(jié)果(Sin)之間的差值的形式的同相分量(Nin)和所述正交分量(MOTth。)構(gòu)成，其中還測定在所述誤差(N)的所述同相分量(Nin)和所述誤差的正交分量(MOTth。)之間的關(guān)聯(lián)，并且 在測量所述氣體成分的未知濃度時(shí)，利用同相分量校正在此所獲得的所述測量結(jié)果(Min)，所述同向分量根據(jù)在所述測量校準(zhǔn)時(shí)測定的所述關(guān)聯(lián)由同樣獲得的所述正交分量(Mortho)來確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述測量校準(zhǔn)時(shí)測定的所述關(guān)聯(lián)測定為以在所述誤差(N)的所述同相分量(Nin)、所述誤差的正交分量(NOTth。)和所測量的或已知的所述干擾參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)聯(lián)的形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氣體分析儀的所述工作溫度(T)作為干擾參數(shù)來變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在用于所述校準(zhǔn)的所述測試氣體中，干擾氣體成分的所述濃度作為干擾參數(shù)來變化。
【文檔編號(hào)】G01N21/3504GK104515746SQ201410523029
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月2日
【發(fā)明者】拉爾夫·比特, 托馬斯·漢凱維奇, 克里斯托弗·沃爾夫?qū)ゑR夸特, 揚(yáng)·奈格倫, 凱-烏韋·普萊班, 弗朗茨·施泰因巴赫爾 申請人:西門子公司