申请/专利权人：中机试验装备股份有限公司;吉林大学

申请日：2024-04-01

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN117969443B

主分类号：G01N21/3504

分类号：G01N21/3504;G01N21/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2024.05.21#实质审查的生效;2024.05.03#公开

摘要：本发明提供基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测装置及方法，涉及红外激光遥测技术领域，对激光遥测相关影响参数进行采集、分析，并生成红外激光遥测评估系数，本发明首次对红外激光遥测的温度、其他气体浓度、杂射光干扰、设备抖动进行综合分析，构建模块构建相关坐标系，采用多个采集模块采集相关参数，并对这些参数进行预处理，生成吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数，通过分析模块对吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数进行相关性分析，得到反映了红外激光遥测准确性的红外激光遥测评估系数，通过与影响阈值相比对，输出红外激光遥测数值的准确度等级。

主权项：1.基于红外吸收光谱的氢气泄露激光遥测检测方法，其特征在于，具体步骤包括：S1、采集测量区域气体浓度，所述气体浓度包括水汽浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度，并且采集激光发射端与激光接收端之间的距离；S2、在激光发射端与激光接收端之间构建距离-浓度二维坐标系，其中激光发射端作为零点，激光发射端与激光接收端之间的距离作为X轴自变量，气体浓度作为Y轴因变量，构建气体浓度函数；S3、对气体浓度函数、大气压强、红外激光横截面面积、光透过率公式进行预处理，生成吸光系数；所述S1-S3中，所采集的水汽浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度的浓度占比分别用C1、C2、C3、C4、C5表示，水汽浓度函数表达式为：sx＝C1，二氧化碳浓度函数表达式为：ex＝C2，甲烷浓度函数表达式为：jx＝C3，氨气浓度函数表达式为：ax＝C4，一氧化碳浓度函数表达式为：yx＝C5，激光发射端与激光接收端之间的距离为L，光透过率J的公式为：其中I0为入射激光光强，I为出射激光光强，θ为吸光系数，表示其他气体对激光光谱的吸收影响，气体的浓度、压强、激光横截面面积、光透过率J计算公式进行相关性分析，生成吸光系数θ，所依据的公式为：θ＝β*U*p*∫0L[sx+ex+jx+ax+yx]dx其中，吸光系数θ与激光截面面积U、大气压强p成正比，β为吸光影响权重，β的取值范围为[1,2.6]，L为激光发射端与激光接收端之间的距离；S4、构建杂射光二维坐标系，该坐标系重合于激光接收端平面，且X轴平行于水平面，入射激光中心位于零点，采集杂射光干扰光点的坐标位置，对所述杂射光干扰光点的坐标位置进行预处理，生成杂射光干扰偏差系数；所述S4中，所采集的杂射光干扰光点的坐标位置用X1,Y1、X2,Y2、X3,Y3、…、Xi,Yi、…、Xn,Yn表示，其中n为正整数，依据杂射光干扰光点的坐标位置生成杂射光干扰光点横向综合位置X和杂射光干扰光点纵向综合位置Y，所依据的公式为： 对杂射光干扰光点横向综合位置X和杂射光干扰光点纵向综合位置Y进行相关性分析，生成杂射光干扰偏差系数ΔH，所依据的公式为：其中，系数K为光强影响因子，为激光入射光点与杂射光干扰光点的光强之比，杂射光干扰偏差系数ΔH反映杂射光对氢气检测光强的影响大小；S5、创建两个二维坐标系，分别定义为A坐标系和B坐标系，激光遥测未启动时，将A坐标系定位于激光发射端平面上，垂直于红外检测激光光路，零点为系统激光发射点，将B坐标系定位于激光发射接收端平面上，垂直于红外检测激光光路，零点为激光接收点，A、B坐标系的X轴均与水平面平行，激光遥测启动后，在A坐标系上采集激光发射端偏移数值，在B坐标系上采集激光接收端偏移数值，对激光发射端偏移数值和激光接收端偏移数值进行预处理，生成设备抖动偏差系数；所述S5中，所述激光发射端偏移数值包括发射端横坐标偏移AXP以及发射端纵坐标偏移AYP，所述激光接收端偏移数值包括接收端横坐标偏移BXP以及接收端纵坐标偏移BYP，对发射端横坐标偏移AXP、发射端纵坐标偏移AYP、接收端横坐标偏移BXP以及接收端纵坐标偏移BYP进行相关性分析，生成设备抖动偏差系数ΔS，所依据的公式为： 其中α是设备抖动权重系数，取值范围为[0.25,2.69]，设备抖动偏差系数ΔS表示红外激光遥测设备工作时抖动因素对遥测浓度数据结果的影响大小；S6、采集高温真空炉表面温度并设定为测量温度，根据氢气分子配分函数与测量温度进行相关性分析，生成温度影响系数；S7、对吸光系数、杂射光干扰偏差系数、设备抖动偏差系数、温度影响系数进行分析，生成红外激光遥测评估系数，将红外激光遥测评估系数与影响阈值进行比对，判断红外激光遥测输出数值的可靠性。

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