(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 202211128556.X (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 史泽林　庞明琪　刘海峥　祝东远　 张代军　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 周宇 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特 性测量方法 (57)摘要 本发明涉及一种高温高压气体红外光谱辐 射和吸收特性测量方法， 包括以下步骤： 搭建红 外光谱辐射测量光路， 光路一般应包括光源， 两 个光路镜组， 耐高温耐高压气体池， 光谱仪； 利用 标准黑体对光谱仪进行标定； 测量光源辐射亮度 和光源衰减后叠加气体辐射的辐射亮度； 改变光 源辐射功率， 再次测量光源辐射亮度和光源衰减 后叠加气体辐射的辐射亮度； 若需测量其他温 度、 压力时气体的红外辐射和吸收特性， 则改变 气体的温度、 压力， 重复上述测量步骤。 随后对上 述测量光路的辐射传输过程进行数学建模， 并求 解方程组， 得到待测气体的红外光谱辐射和吸收 特性。 本发明的测量方法， 能够实现对高温高压 气体红外光谱辐射亮度和吸收率的测量， 不需要 额外购买斩波器， 成本低， 测量精度高， 具有实际 应用价值。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115452755 A 2022.12.09 CN 115452755 A 1.一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其特征在于， 所述该方法是 基于一种高温高压气 体红外光谱辐射测量光路实现的， 光源(1)发出的红外幅射光， 经过第 一光路镜组(2)收集再折射后， 聚焦于气体池(3)中心， 光源(1)的红外辐射因气体池(3)两 侧的红外窗口和气体池(3)内的高温高压气体吸收而衰减， 再叠加着待测气体发出的红外 辐射， 被第二光路镜组(4)收集并聚焦于光谱仪(5)上， 光谱仪(5)采集光谱辐射亮度信号； 改变光源(1)的辐射功 率， 控制光谱仪(5)测量待测气体衰减后且叠加了气体辐射的辐射亮 度， 得到含待测气体红外辐 射特性参数 的方程组， 求解该方程组从而得到待测气体的红外 光谱辐射和吸 收特性。 2.根据权利要求1所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 建立红外光谱辐射测量 光路； 步骤2： 利用标准 黑体源对光谱仪(5)进行 标定； 步骤3： 测量功率P1时光源(1)的辐射亮度； 步骤4： 测量功率P1时， 光源(1)被气体池(3)的红外窗口、 待测气体衰减后且叠加了气体 辐射的辐射亮度； 步骤5： 改变光源(1)的辐射功率， 设为P2， 重复步骤3 ‑4， 得到含有待测气体红外辐射特 性的方程组， 求 解该方程组得到高温高压气体的红外辐射特性； 步骤6： 改变待测 气体的温度、 压力， 重 复步骤3‑5， 得到不同温度、 压力时气体的红外辐 射特性。 3.根据权利要求2所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其特 征在于， 所述的测量功率P1时光源(1)的辐射亮度， 需将气体池(3)移出光路后， 再记录光谱 仪(5)的测量 值L1。 4.根据权利要求1或2所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其 特征在于， 所述的光源(1)被气体池(3)的红外窗口、 待测气体衰减后且叠加 了气体辐射的 辐射亮度， 用下式表示： 其中， τw为已知的红外窗口透过率； Lgas(Tgas,pgas)为温度Tgas， 压力pgas时待测气体的辐 射亮度； τgas(Tgas,pgas)为温度Tgas， 压力pgas时待测气体的透过率。 5.根据权利要求1或2所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其 特征在于， 所述的含有 待测气体红外辐射特性的方程组用下式表示： 6.根据权利要求1或2所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其 特征在于， 所述的高温高压气体的红外辐射特性用下式表示： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452755 A 27.根据权利要求2所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其特 征在于， 所述的不同温度、 压力时气体的红外辐射特性， 通过控制气体池(3)的加热器和高 压充气装置来改变气体的温度Tgas和压力pgas。 8.根据权利要求1或2所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法， 其 特征在于， 所述红外光谱辐射测量光路包括光源(1)， 以及沿光路依次设置的第一光路镜组 (2)、 气体池(3)、 第二 光路镜组(4)和光谱仪(5)； 所述光源(1)为红外辐射源， 且置于第一光路镜组(2)的物点处； 所述光谱仪(5)置于第 二光路镜组(4)的像点处； 所述第一光路镜组(2)的像点、 第二光路镜组(4)物点重合， 且为 气体池(3)中心； 所述气体池(3)内设有加热器、 连接高压充气装置， 其内充满待测的高温高 压气体； 所述气体池(3)为不透光金属材质密闭而成， 且两侧为红外输入、 输出窗口， 用于红 外辐射穿透。 9.根据权利要求8所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量系统， 其特 征在于， 所述第一光路镜组(2)、 第二光路镜组(4)内部为折射光路， 组成折射光路的光路元 件包括： 在垂直于光路方 向依次平行放置的凸透镜I(6)、 凸透镜II(7)； 凸透镜I(6)的焦点 为第一光路镜组(2)或第二光路镜组(4)的物 点， 凸透镜II(7)的焦点为第一光路镜组(2)或 第二光路镜组(4)的像点。 10.根据权利要求8所述的一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量系统， 其特 征在于， 所述第一光路镜组(2)、 第二光路镜组(4)内部为反射光路， 所述第一光路镜组(2) 与第二光路镜组(4)相 对气体池(3)成镜像； 组成反射光路 的光路元件包括： 在垂直于光路 方向依次平行放置的主镜(8)、 次镜(9)； 所述主镜的工作面为向内凹的椭球面， 且主镜中心 开通光孔， 所述通光孔半径小于次镜镜面半径； 所述次镜为双曲面镜， 双曲面的其中一面为 工作面， 朝向光源或光谱仪； 所述主镜的工作面与所述次镜的工作面相对设置； 第二光路镜 组(4)内部， 主镜(8)的物点为气体池(3)中心， 主镜(8)的像点与次镜(9)的物点重合， 次镜 (9)的像点 为光谱仪(5)的入口光阑处。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452755 A 3