(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211283682.2 (22)申请日 2022.10.20 (71)申请人 哈尔滨翰奥科技有限公司 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区中 山路153号F420室3 0号 申请人 中国科学院新疆理化 技术研究所 (72)发明人 李林军　潘世烈　段小明　申英杰　 张方方　史宏声　 (74)专利代理 机构 北京睿驰通 程知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11604 专利代理师 张文平 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于红外宽带光源的混合气体多参量 测量方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于红外宽带光源的混合 气体多参量测量方法， 包括： 使激光器发射的宽 带红外激光经过滤光镜滤光后形成一束包含三 个窄线宽波长的激光， 三个窄线宽波长的激光经 第一分光镜分成第一子激光束和第二子激光束， 经第二分光镜透射的第一子激光束和经第二分 光镜反射的第二子激光束合束后传输至干涉仪， 通过干涉仪测量并计算出混合气体的多种参量； 经第二分光镜透射的第二子激光束和经第二分 光镜反射的第一子激光束合束后传输至光谱仪， 通过光谱仪测量并计算出混合气体的浓度。 本发 明通过宽带红外激光经过滤光镜滤光后形成的 包含三个窄线宽波长的激光可以同时测量混合 气体中的多种参 量。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115356281 A 2022.11.18 CN 115356281 A 1.一种基于红外 宽带光源的混合气体多参 量测量方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 使激光器发射的宽带红外激光经过滤光镜滤光后形成一束包含三个窄线宽波长的激 光， 所述三个窄线宽波长的激光经第一分光镜分成第一子激光束和第二子激光束， 所述第 一子激光束经第一聚焦镜聚焦后传输到气体样品池， 所述气体样品池内包括多种混合气 体， 所述第一子激光束穿过所述气体样品池后经第二聚焦镜聚焦后传输至第一反射镜， 经 所述第一反射镜反射后传输至第二分光镜； 所述第二子激光束经第二反射镜反射后传输到 所述第二分光镜； 所述第一子激光束和第 二子激光束在所述第 二分光镜处再次分束， 经所述第 二分光镜 透射的所述第一子激光束和经所述第二分光镜反射的所述第二子激光束合束后传输至干 涉仪， 通过 所述干涉仪测量并计算出 所述混合气体的多种参 量； 经所述第二分光镜透射的所述第二子激光束和经所述第二分光镜反射的所述第一子 激光束合束后传输至光谱仪， 通过所述光谱仪测量并计算出所述混合气 体中各种气 体的浓 度； 其中， 所述混合气体的多种参量包括混合气体的折射率n、 混合气体的压强P以及所述 混合气体的温度T， 其中， 所述混合气体的折射率n满足如下关系： ， N为对应检测光干涉条纹数目， 为所述三个窄线宽波长的其中之一， L 为气体样品池的长度， n0为空气折 射率； 所述混合气体的压强P满足如下关系： ， P0为标准大气压强； 所述混合气 体的温度T满足如下关系： ， T0为常温。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述通过所述光谱仪测量并计算出所述混 合气体中各种气体的浓度， 包括： 通过所述光谱仪获得所述三个窄线宽波长下的吸收光谱， 基于所述吸收光谱获得对应 波长的吸 收参数； 基于所述吸收参数计算所述混合气体中的各种气体的浓度， 各气体浓度满足如下公 式： ， M为气体的浓度， c为光速， h为普朗克常量， 为气体吸收峰的频率， 为气体的吸收峰波长， 为所述三个窄线宽波长的其中之一， B为气体吸收跃迁 常数， L为气体 样品池的长度， S为气体吸 收峰所围的面积。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述宽带红外激光的中心输出波长为 7438.6nm， 光谱宽度为80nm， 所述宽带红外激光通过滤光镜形成的所述三个窄线宽波长的 中心波长分别为7437.5nm、 7450.6nm和7422.7nm， 所述三个窄线宽波长的谱线宽度均为 1.6nm。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述滤光镜对应三个窄线宽波长的透过率 为95%， 波长7437.5nm、 7450.6nm和7422.7nm分别为甲烷、 硫化氢和二氧化硫气体的强吸收 峰。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115356281 A 25.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述第 一聚焦镜和第 二聚焦镜的焦距均为 200mm， 所述第一聚焦镜和第二聚焦镜均镀有7000 ‑8000nm的高透膜层， 所述第一聚焦镜用 于将所述第一子激光束聚焦到所述气体样品池， 所述第二聚焦镜用于将所述气 体样品池出 射光束聚焦至第一反射镜 。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述第一反射镜和第二反射镜均为45 °的 镀有7000 ‑8000nm高反射膜层的平面镜， 所述第一反射镜和第二反射镜之间的距离与所述 第一分光镜和 第二分光镜之 间的距离相等， 以确保所述第一子激光束和 第二子激光束传输 的物理长度相同。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述气体样品池包括平行的两个透光端 面， 所述两个透光端面均镀有7000 ‑8000nm的高透膜层， 所述高透膜层用于减少所述第一子 激光束和第二子 激光束的损耗。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述光谱仪测试波长范围包含7000 ‑ 8000nm， 所述光谱仪能够测出测试气体吸收峰面积轮廓图， 根据所述面积轮廓图计算出气 体吸收峰所围面积S。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述多种混合气体包括甲烷、 硫化氢和二 氧化硫气体。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115356281 A 3