非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型。本發(fā)明以圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器中光源所發(fā)出的漫反射非平行光的路徑和路程為研究對(duì)象，根據(jù)光源所發(fā)出的漫反射光，從中選擇有用光路，逐束分解為多段分段平行光，分析光程長(zhǎng)度，首先建立單束有用等效平行光光程計(jì)算模型，其次對(duì)每束單束有用等效平行光應(yīng)用朗伯比爾定律，建立氣體光譜吸收計(jì)算模型。最后對(duì)全部單束有用等效平行光吸收計(jì)算進(jìn)行數(shù)值求和，從而建立全部有用光的光譜吸收計(jì)算模型，該模型就是所提出的非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型，相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算方法，提高了計(jì)算精度。
【專利說明】非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種非色散漫反射紅外光譜吸收測(cè)量定量分析中非平行光條件下的氣體光譜吸收的計(jì)算模型。

【背景技術(shù)】
[0002]常用的非色散漫反射紅外光譜吸收測(cè)量定量分析模型是朗伯比爾定律，但是這種方法只適用平行光的計(jì)算。而在圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器系統(tǒng)中，從光源發(fā)出的光的一部分被散射，一部分直射，一部分漫反射。如果采用朗伯比爾定律來作定量分析的依據(jù)，只能取直射光作為有用光程，忽略了其它的有用光程的影響，這樣會(huì)導(dǎo)致一定程度的誤差，所以，在圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器系統(tǒng)中使用朗伯比爾定律存在相對(duì)計(jì)算精度不高的問題。因此，本發(fā)明提出了一種新的模型，用以解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)朗伯比爾定律存在的不能解決非平行光的計(jì)算而導(dǎo)致的相對(duì)計(jì)算精度不高的問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:以圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器光源所發(fā)出的漫反射非平行光的路徑和路程為研究對(duì)象，根據(jù)光源所發(fā)出的漫反射光，從中選擇有用光路，逐束分解為多段分段平行光，分析光程長(zhǎng)度，首先建立單束有用等效平行光光程計(jì)算模型，其次對(duì)每束單束有用等效平行光應(yīng)用朗伯比爾定律，建立氣體光譜吸收計(jì)算模型。最后對(duì)全部單束有用等效平行光吸收計(jì)算進(jìn)行數(shù)值求和，從而建立全部有用光的光譜吸收計(jì)算模型，該模型就是所提出的非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型。
[0004]本發(fā)明的增益效果是:利用推導(dǎo)出的模型可以解決非色散漫反射非平行光條件下的氣體光譜吸收的計(jì)算問題，相對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算方法，提高了計(jì)算精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0006]圖1是圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射光路剖面示意圖。
[0007]圖2是任意抽取的一條有用光的光路示意圖。
[0008]圖3是分段平行光光路示意圖。
[0009]圖中標(biāo)號(hào):1.光源，2.探測(cè)器。

【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明以圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器中的光源所發(fā)出的的漫反射非平行光光路和光程為研究對(duì)象，如圖1所示，圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器一般由紅外光源、圓腔吸收池、濾光片和探測(cè)器等相關(guān)器件組成。紅外光源為理想點(diǎn)光源，發(fā)出的光各個(gè)方向都很均勻，發(fā)出的每束有用光強(qiáng)為Ic^IcilUm……Itln,通過吸收池后達(dá)到探測(cè)器的光的強(qiáng)度分別為11(1、In、112、……Iln，且各自相等，具體如圖3所示；光源發(fā)出的有用光強(qiáng)度總和Itl，經(jīng)過吸收池后探測(cè)器接收到的有用光強(qiáng)度總和為I1 ;吸收池吸收池長(zhǎng)度為L(zhǎng)，內(nèi)腔直徑為D，內(nèi)腔處反射均勻，反射系數(shù)為φ。
[0011]在漫反射非平行光的所有光束中，能夠直接照射或經(jīng)多次反射后照射到探測(cè)器的光束為有用光束，而照射不到探測(cè)器的光束，不用考慮。在有用的光束中，能照射到探測(cè)器的主要光束是直射光和反射光，散射光的影響可以忽略不計(jì)。因?yàn)閷?duì)于直射光束可以采用傳統(tǒng)的朗伯比爾定律來計(jì)算，所以只要解決反射光的氣體光譜吸收的計(jì)算，就能解決整個(gè)問題。從圖1中任意抽取一條經(jīng)i次反射后到達(dá)探測(cè)器的光路i，其路徑如圖2所示，由光的反射定律可知:
[0012]

【權(quán)利要求】
1.一種非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型，其特征是:以圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器中光源所發(fā)出的漫反射非平行光的路徑和路程為研究對(duì)象，將有用光路逐束分解為多段分段平行光，分析光程長(zhǎng)度，首先建立單束有用等效平行光光程計(jì)算模型，其次對(duì)每束單束有用等效平行光應(yīng)用朗伯比爾定律，建立氣體光譜吸收計(jì)算模型。最后對(duì)全部單束有用等效平行光吸收計(jì)算進(jìn)行數(shù)值求和，從而建立全部有用光的光譜吸收計(jì)算模型，該模型就是所提出的非色散紅外傳感器系統(tǒng)中漫反射光氣體吸收計(jì)算模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析模型，其特征在于:所建立的單束有用等效平行光光程的計(jì)算模型是=Li = 2iKi (i ^ I), Li = L(中心平行光)(i = O),其中Li是第i條(即在圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器中的吸收池中反射了 i次)有用等效平行光光束的光程長(zhǎng)度，Ki是每一次反射的一段光路長(zhǎng)度，L為吸收池的長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的分析模型，其特征在于:在建立單束有用等效平行光光程的計(jì)算模型后，對(duì)第i條有用光束使用朗伯比爾定律，可得單束有用等效平行光的氣體光譜吸收計(jì)算模型:
其中Ii1、Iij分別為第i條有用光束的出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)，C為未知的待測(cè)氣體的濃度，ω為吸收系數(shù)，φ:為吸收池內(nèi)腔反射系數(shù)，0<φ<1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的分析模型，其特征在于:在建立了任一條單束有用等效平行光的氣體光譜吸收的計(jì)算模型后，利用數(shù)值求和，對(duì)于包括平行光在內(nèi)的所有有用光束，使用朗伯比爾定律，得到的全部有用光路的氣體光譜吸收模型為:
其中10為圓腔型氣室內(nèi)壁漫反射非色散紅外傳感器系統(tǒng)中光源總出射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)，n —+ c?，為正整數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/3504GK104198426SQ201410487010
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】程文娟, 吳永忠, 湯世祥, 黃星星, 陳浩, 史志恒 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)