一种露点霜点温度传感器及其测量方法

技术特征：
1.一种露点霜点温度传感器，其特征在于，包括：可调谐激光器，用于调谐输出预设波长范围的激光，并扫描两条完整的水汽吸收光谱；光路模块，包括光纤分束器、第一准直器、第二准直器、第一光电探测器和第二光电探测器，所述光纤分束器用于将所述可调谐激光分为第一激光和第二激光；所述第一激光经过所述第一准直器到达所述第一光电探测器；所述第二激光经过所述第二准直器，并穿过待测环境后，到达所述第二光电探测器；数据采集系统，用于接收所述第一光电探测器和所述第一光电探测器采集到的信号，并根据采集到的信号和光谱模型获取露点/霜点温度结果。2.根据权利要求1所述的一种露点霜点温度传感器，其特征在于，所述露点/霜点温度传感器还包括用于驱动所述可调谐激光器的驱动系统，所述驱动系统包括信号发生器、温度控制模块和电流控制模块；所述信号发生器用于输出锯齿波信号；所述温度控制模块用于控制所述可调谐激光器温度保持恒定；所述电流控制模块用于根据所述锯齿波信号调谐所述可调谐激光器的工作电流，从而调谐所述可调谐激光器输出的激光波长。3.根据权利要求1所述的一种露点霜点温度传感器，其特征在于，所述可调谐激光器为可调谐二极管激光器，所述可调谐激光器输出激光的中心波长根据实际待测气体浓度范围来确定，在所述中心波长附近有两条气体吸收线，且波长间隔满足能被同时扫描的要求，另外，这两条吸收线的能级差能保证有足够的测温灵敏度。4.根据权利要求1所述的一种露点霜点温度传感器，其特征在于，所述第二激光穿过待测环境的光程根据实际测量环境中待测气体浓度范围进行调节；其中，调节方法为：根据朗博-比尔吸收定律计算吸收光谱，首先确保吸收光谱没有吸收饱和，其次保持尽可能高的信噪比；参考光谱的光程尽可能保持为0，所述参考光谱的光程为所述第一准直器到所述第一光电探测器之间的光程。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种露点霜点温度传感器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：固定可调谐激光器的驱动温度，调节驱动电流，使激光扫描两条完整的水汽吸收线；测量可调谐激光器的电流调谐特性，建立时域转换到频域的三次多项目模型，并获取模型参数；设置参考光路和测量光路，其中，测量光路激光穿过待测环境，参考光路中的准直器和光电探测器直接接触；采用分束器将可调谐激光器输出的激光分为两束激光，分别传输到测量光路和参考光路，并分别测量测量光路和参考光路中的吸收信号；利用光谱模型对测量的双谱线进行在线拟合，获取光谱洛伦兹展宽和积分吸光度；基于参考光路的吸收光谱，修正测量光路上的光谱洛伦兹展宽和积分吸光度；根据修正后的积分吸光度计算气体温度；根据气体温度以及已知的有效光程长计算待测气体分压，并计算气体总压；根据气体分压与露点温度的关系以及气体总压计算获得大气压露点/霜点温度。6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述光谱模型为部分相关二次速度依
赖硬碰撞光谱模型，所述利用光谱模型对测量的双谱线进行在线拟合中采用的拟合算法为l-m算法。7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，通过以下方法修正所述积分吸光度：将测量光路的吸光度减去参考光路的吸光度，获得实际气体吸收的吸光度。8.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述根据修正后的积分吸光度计算气体温度，包括：根据修正后的积分吸光度，采用双线比值法计算气体温度。9.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述计算气体总压，包括：根据洛伦兹展宽与气体总压的关系计算气体压力值，作为气体总压。10.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述根据气体分压与露点温度的关系以及气体总压计算获得大气压露点/霜点温度，包括：根据光谱获取气体分压并修正气体分压的非理想气体效应；根据气体分压与露点/霜点温度间的关系以及气体总压，采用插值法计算得到露点/霜点温度。

技术总结
本发明公开了一种露点霜点温度传感器及其测量方法，其中方法包括优化气体吸收谱线选择策略并选择适合测量对象的吸收线；光谱模型拟合结合背景吸收修正，提取精确的积分吸光度及光谱洛伦兹展宽；采用双线比值法计算气体温度；根据光谱洛伦兹展宽与气体总压的关系计算得到气体总压；根据积分吸光度计算水汽分压并进行非理想气体修正，然后根据露点/霜点温度与水汽分压的关系，结合压力及温度计算结果获取水汽大气压露点/霜点温度。本发明通过激光光谱方法，同时进行水汽温度、压力及露点/霜点温度的免标定测量，不需要外加温度及压力传感器，不仅能有效提高露点/霜点温度测量的精度，还可以有效减小露点/霜点温度测量系统的复杂度及成本。度及成本。度及成本。


技术研发人员：聂伟 董美蓉 陆继东
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2022/5/25