建立气体检测模型：红外吸收光谱法

根据上述分析，从分子光谱、分子振动形式、能级跃迁等一系列分析得出某些双原子分子或多原子分子的气体（像甲烷、乙烯、二甲醚等）都具有红外吸收，且在红外光谱内具有独特的吸收区，满足上述分析的吸收定律，因此，这一方法在实际生活中被用来检测气体的泄漏浓度，结合上一节分析，根据气体浓度与光强关系，建立如图2-9所示的模型，通过运用所建立的模型来检测一些气体的浓度，在建立的这个模型中，首先根据气体分子对红外吸收在某一个很窄的谱带区域内（这是根据气体对红外吸收的性质而定），假设探测器只探测到这个区域内的红外辐射，而对其他波长范围内的光是不敏感的，因此其他波长范围内的光需要采用过滤方式，在到达探测器表面时被过滤处理掉。

在这个模型中的变量为I_o、I_t、C三个，然而具备的关系方程式只有两个，其一是：结合上述分析，被气体分子减弱的光强信号可以设计相关的探测器来检测红外吸收的强度；其二是：被测气体浓度C与红外光源发出的光强度I_o和被气体吸收减弱后的光强度I_t（探测器检测的光信号）之间的关系在上述原理分析中已推导得出。

因此，为解决上述模型，还需要一个关系方程式，需进一步结合红外吸收理论以及分析几个参量之间的关系，寻找一个更合适的解决方案。

在前述分析中，气体分子对红外的吸收发生在某一极窄的波谱范围内，而对其他范围内的光不吸收，而在上述的模型中，对于探测器所探测的红外光正是这一被吸收而减弱的极窄带范围内红外光的强度，因此，可以增添另一红外探测器来探测这一窄带区域内红外光在未被气体吸收之前的光强，也即I_o。假设红外光源发出的光是连续光谱，也就是说在每个波长处的光强度是一样的，那么所选的另一探测器探测的光强度，被设为另一极窄的波长处的红外光强度，而这一窄带波谱内的光强度在气室内部是不被改变的，因此，另一探测器所探测的光强度即为入射气室中的I_o。

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图2-9 基于红外吸收方法的气体检测模型

通过该模型与假设，这个问题可以被解决，上述的模型被定义为双波长红外吸收检测方法。对所建立的模型的各参量更进一步描述：入射气室之间的光强I_o，其相应的探测器输出信号设为U_o，该路信号定义为参考信号（参考通道用Ref.表示）；被气体吸收之后的光强I_t，其相应的探测器输出信号设为U_t，该路信号定义为响应信号（响应通道用Act.表示）。因此上述模型可以得出如下关系式：

因此，可以根据上述模型设计合适的探测器及气室结构，实现红外气体浓度的检测，对于要求的检测精度不同，对于所设计的检测系统复杂程度也不一样，包括对于运用上述模型来计算实际气体浓度的修正方法也不一样。