上式中,A为积分吸光度,其值大小就等于SPL ,所以,从公示中我们就可以看出,要想求解气体浓度 的大小,我们只需要把A、S、P、L的值全部求出来,再带回公式就能得到被测气体的浓度大小。其中S、P、L的值很好处理,谱线强度S我们可以通过查询HITRAN数据库[14]获得,气体总压强P通过压力计测量就可以得到,而L的值只需要测量出气体吸收池的长度即可,至于积分吸光度A,我们需要对测量得到的气体吸收谱线进行处理才能得到。
2.1 直接吸收光谱测量法
当一束初始光强为 ,频率为 的激光穿过长度为L的气体吸收池后,光强衰减为 ,如图2-1所示。
图2-1 直接吸收光谱简易结构框图
根据Beer-Lambert定律可知,当一束光强为 的光通过气体吸收池后,其强度会因为部分光被气体分子吸收而减弱,其强度变化可以用式(2-3)来进行描述:
其中, 为初始激光强度, 为经过气体吸收池后的激光强度。 为光吸收系数,可用式(2-4)来描述:
其中,S(T)[ ]为吸收谱线强度,它表示该谱线的吸收强度,它只与气体吸收池内的温度有关;P[atm]为气体介质的总压;L[cm]为激光在气体中传播的距离,也就是气体吸收池的长度; 为气体的体积浓度; [cm]为线型函数,它表示了被测吸收谱线的的形状,与实验测量时的环境温度、总压力和气体中的各成分含量有关[15]。
通过上式我们可以发现几个参量间的关系,所以要想求浓度大小,必须算出线强S(T),而线强大小我们可以通过HITRAN进行查询计算。
但是,我们需要注意的是,从HITRAN数据库中查询到的谱线强度,单位为 ,而我们在利用Beer定律计算的过程中采用的谱线强度单位为 ,所以我们必须进行单位换算,而换算公式可以通过下式得到:
在获得激光吸收谱线以后我们就需要开始处理参量,去求解我们最终需要的参数。所以,通过压力计测得气体总压,查询HITRAN数据库获得线强、测量气体吸收池的长度以及知晓吸收线型函数的情况下,我们通过初始激光强度与衰减后的激光强度比值由式(2-3)就可以计算出气体浓度。无论采用何种吸收线型,我们都可以采用线型函数对整个频域的积分:
基于激光吸收光谱的灵敏探测技术研究(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205943.html