一种车内空气有机污染物检测方法技术

本发明专利技术公开了一种车内空气有机污染物检测方法，包括：将可调谐半导体激光器发出的红外光首先经过光分束器分成强度相等的第一光束和第二光束；所述第一光束入射到待测气室充有被测气体的待测气室；所述第二光束分别入射到只充有单一气体成分的参考气室中；其中，所述检测室和所述参考室内均安装有接收探测器，能够获得经多次反射产生能量损耗的光谱图形；对所述光谱图形进行滤波降噪后，进行单一气体主成分特征的提取，得到单一体特征值；根据所述单一气体主成分特征值计算有单一气体浓度，本发明专利技术还有一个目的是给出各单一气体成分的特征提取值提取公式，并给出气体成分的浓度值的导出公式，气体识别效果好，并简化了运算过程。

【技术实现步骤摘要】
一种车内空气有机污染物检测方法
本专利技术涉及密闭空间气体检测装置，尤其涉及车内空气有机污染物检测方法。
技术介绍
有毒气体检测就是一种结合物理特性和电脑化的生物特征模式识别，通过有毒气体的物理特性和计算机模仿鼻子和人大脑的辨别功能，为实际有毒气体检测提供实时数据，准确检测有毒气体的位置并快速获取浓度和种类，实现有毒气体事件自主发现、浓度检测、及时处理等。过去科技水平不够成熟，遥测技术并没有普及，对环境中的有毒有害气体浓度的评级大多数是依靠专业人员现场检测。虽然会做许多的保护措施，但是某些有毒有害气体的危害性是巨大的，这样的方式非常危险。而随着传感器技术的飞速发展，传感器可以代替人类去测量有毒有害气体，大大提高了安全性。目前国内现有的有毒有害气体浓度检测产品大多精度都不太高，产品体积和功耗特别大，而且大多是测量单一气体，能同时检测多组分气体浓度的传感器并不多见。因此设计出精度高、体积小、功耗低并且能同时测量多种有毒有害气体的浓度检测系统是未来发展的趋势。在原有的技术产品上不断改进，加入越来越多新的技术与专利技术，人们的生命安全与身体健康才能得到可靠的保证。
技术实现思路
本专利技术涉及开发了一种车内空气有机污染物检测方法，将检测激光器分为强度相等的两束光线，分别入射到待测气室和参考气室，能够获得更准确的光谱检测图形。本专利技术还有一个目的是给出各单一气体成分的特征提取值提取公式，并给出气体成分的浓度值的导出公式，气体识别效果好，并简化了运算过程。本专利技术提供的技术方案为：一种车内空气有机污染物检测方法，包括：将可调谐半导体激光器发出的红外光首先经过光分束器分成强度相等的第一光束和第二光束；所述第一光束入射到待测气室充有被测气体的待测气室；所述第二光束分别入射到只充有单一气体成分的参考气室中；其中，所述检测室和所述参考室内均安装有接收探测器，能够获得经多次反射产生能量损耗的光谱图形；对所述光谱图形进行滤波降噪后，进行单一气体主成分特征的提取，得到单一体特征值；根据所述单一气体主成分特征值计算有单一气体浓度。优选的是，所述可调谐半导体激光器为单模半导体分布反馈式红外激光器。优选的是，所述单一气体成分参考室内充有苯、甲苯、甲醛、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷和三氯甲烷。优选的是，所述光谱图形滤波降噪过程为：在一定时间长度内对待测其实进行多次扫描，并进行累加平均得到均值光谱图形；对所述均值光谱图形进行分解得到多个均值光谱图形分量；根据所述均值光谱图形分量得自适应阈值，并利用所述自适应阈值对所述光谱图形进行重构，得到滤噪后的光谱图形。优选的是，所述自适应阈值为：其中，X(λ)i为在第i个均值光谱分量上的自适应阈值，i＝1,2,…n，n为均值光谱分量个数，max(Ii)为在第i个均值光谱分量上的光强最大值，min(Ii)为在第i个均值光谱分量上的光强最小值，m为光谱分量内的波长维数，Ii为第i个均值光谱分量上波长为λ时对应的光强值。优选的是，所述光谱图形进行重构计算公式为：其中，L(λ)为降噪后的光谱分量上波长为λ时对应的光强值。优选的是，所述单一气体主成分特征的提取公式为：Xk＝a1kx1j+a2kx2j+a3kx3j+…ankxnj；其中，Xk为气体特征值矩阵，xnj为第k种气体成分的特征矩阵，k为气体成分序号，n为气体数据矩阵的维数，a为系数。优选的是，所述第k种气体成分的特征矩阵计算公式为：其中，xnj为第k种气体成分的特征矩阵，Ckd为规范化常数，n为气体矩阵的维数，h为带宽，d为空间维数，g(*)为均值向量，yi为第k种气体成分的吸收峰值，y为待测空气内的氮气浓度。优选的是，第k种气体成分的浓度值为：其中，I0(λ)为气室的透射光强，α(λ)为气体吸收系数，Ck为被测气体浓度，β(λ)为瑞利系数，γ为气体系数，δ为波动系数，A(λ)为传输系数。本专利技术所述的有益效果本专利技术涉及开发了一种车内空气有机污染物检测方法，将检测激光器分为强度相等的两束光线，分别入射到待测气室和参考气室，能够获得更准确的光谱检测图形。本专利技术还有一个目的是给出各单一气体成分的特征提取值提取公式，并给出气体成分的浓度值的导出公式，气体识别效果好，并简化了运算过程。具体实施方式下面对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。一种车内空气有机污染物检测方法，包括：将可调谐半导体激光器发出的红外光首先经过光分束器分成强度相等的第一光束和第二光束；第一光束入射到待测气室充有被测气体的待测气室；第二光束分别入射到只充有单一气体成分的参考气室中；其中，检测室和所述参考室内均安装有接收探测器，能够获得经多次反射产生能量损耗的光谱图形；对光谱图形进行滤波降噪后，进行单一气体主成分特征的提取，得到单一体特征值；单一气体主成分特征的提取公式为：Xk＝a1kx1j+a2kx2j+a3kx3j+…ankxnj；其中，Xk为气体特征值矩阵，xnj为第k种气体成分的特征矩阵，k为气体成分序号，n为气体数据矩阵的维数，a为系数。根据单一气体主成分特征值计算有单一气体浓度。所述第k种气体成分的特征矩阵计算公式为：其中，xnj为第k种气体成分的特征矩阵，Ckd为规范化常数，n为气体矩阵的维数，h为带宽，d为空间维数，g(*)为均值向量，yi为第k种气体成分的吸收峰值，y为待测空气内的氮气浓度。优选的是，第k种气体成分的浓度值为：其中，I0(λ)为气室的透射光强，α(λ)为气体吸收系数，Ck为被测气体浓度，β(λ)为瑞利系数，γ为气体系数，δ为波动系数，A(λ)为传输系数在另一实施例种，可调谐半导体激光器为单模半导体分布反馈式红外激光器。这款激光器由于性能出色、价格低廉、工作稳定而成为本文的首选。该激光器内部集成了DFB光栅，用来提供单一频率的出射光，出射光的频率可以根据电流或者温度调节，并且最高可达到6nm的扫描调制范围而不影响其单色性。通过注入电流调制的方式调制出射光的波长，最低调制分辨率可达0.04nm/mA，激光器的输出功率在2～8mW。其中，单一气体成分参考室内充有苯、甲苯、甲醛、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷和三氯甲烷。在另一实施例种，光谱图形滤波降噪过程为：在一定时间长度内对待测其实进行多次扫描，并进行累加平均得到均值光谱图形；对所述均值光谱图形进行分解得到多个均值光谱图形分量；根据所述均值光谱图形分量得自适应阈值，并利用所述自适应阈值对所述光谱图形进行重构，得到滤噪后的光谱图形。自适应阈值为：其中，X(λ)i为在第i个均值光谱分量上的自适应阈值，i＝1,2,…n，n为均值光谱分量个数，max本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车内空气有机污染物检测方法，其特征在于，包括：/n将可调谐半导体激光器发出的红外光首先经过光分束器分成强度相等的第一光束和第二光束；/n所述第一光束入射到待测气室充有被测气体的待测气室；/n所述第二光束分别入射到只充有单一气体成分的参考气室中；/n其中，所述检测室和所述参考室内均安装有接收探测器，能够获得经多次反射产生能量损耗的光谱图形；/n对所述光谱图形进行滤波降噪后，进行单一气体主成分特征的提取，得到单一体特征值；/n根据所述单一气体主成分特征值计算有单一气体浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种车内空气有机污染物检测方法，其特征在于，包括：
将可调谐半导体激光器发出的红外光首先经过光分束器分成强度相等的第一光束和第二光束；
所述第一光束入射到待测气室充有被测气体的待测气室；
所述第二光束分别入射到只充有单一气体成分的参考气室中；
其中，所述检测室和所述参考室内均安装有接收探测器，能够获得经多次反射产生能量损耗的光谱图形；
对所述光谱图形进行滤波降噪后，进行单一气体主成分特征的提取，得到单一体特征值；
根据所述单一气体主成分特征值计算有单一气体浓度。


2.根据权利要求1所述的车内空气有机污染物检测方法，其特征在于，所述可调谐半导体激光器为单模半导体分布反馈式红外激光器。


3.根据权利要求1或2所述的车内空气有机污染物检测方法，其特征在于，所述单一气体成分参考室内充有苯、甲苯、甲醛、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷和三氯甲烷。


4.根据权利要求1所述的车内空气有机污染物检测方法，其特征在于，所述光谱图形滤波降噪过程为：
在一定时间长度内对待测其实进行多次扫描，并进行累加平均得到均值光谱图形；
对所述均值光谱图形进行分解得到多个均值光谱图形分量；
根据所述均值光谱图形分量得自适应阈值，并利用所述自适应阈值对所述光谱图形进行重构，得到滤噪后的光谱图形。


5.根据权利要求4所述的车内空气有机污染物检测方法，其特征在于，所述自适应阈值为：



其中，X(λ)i为在第i个均值光谱分量上的自适应阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘易升，吕寿康，
申请(专利权)人：长春市宇驰检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22