一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法及系统，包括：对参考乙炔气体的吸收峰光谱进行检测，确定每个吸收峰光谱的中心点位置，并构建气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列；根据参考乙炔气体每个吸收峰光谱的中心点位置，确定待测乙炔气体对应吸收峰光谱的中心点位置及相应的吸收峰光谱强度；根据气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列，得到待测乙炔气体在不同吸收峰光谱强度下对应的测量浓度，根据测量浓度得到待测乙炔气体的实际浓度。在VCSEL激光器的波长扫描周期中，通过若干个吸收峰光谱同时测量乙炔气体的浓度，提高测量精度和准确性。提高测量精度和准确性。提高测量精度和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法及系统。

技术介绍

[0002]气体吸收光谱理论是现代新兴的气体探测技术的基础，可以运用于气体分子的运动状态分析气体种类和测量气体浓度。TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)气体检测理论主要是基于气体吸收光谱理论，通过气体的吸收光谱强度的变化测量被测气体的浓度。同时，利用可调谐半导体激光器的波长调制技术，结合在接收端使用的锁相放大二次谐波提取技术，可以进一步实现高精度检测气体浓度。
[0003]但是，利用锁相放大二次谐波提取技术涉及较复杂的电子信号处理过程，需要一定地响应时间。同时，基于TDLAS气体检测理论的气体传感器其特征气体吸收峰具有单一特性，如果只利用单一吸收峰来测量气体浓度，其测量精度完全取决于对该单一吸收峰中心位置的确定和对吸收峰强度测量的精度。
[0004]随着激光器技术的不断发展，激光气体传感器，如DFB激光器或VCSEL激光器得到了较大的发展，尤其在煤矿等高危特殊行业对气体传感器的精度要求越来越严格，例如在煤矿采空区发火特征气体检测等领域，可以检测微量浓度的高精度气体传感器对准确判断是否发火和发火预警有重要的意义。因此，如何提高激光气体传感器的可靠性和精度对满足激光气体传感器市场的需求越来越重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法及系统。通过利用参考气体的吸收峰确定待测气体的吸收峰光谱中心点位置，再对各个吸收峰中心位置所对应的吸收光谱强度测量；同时利用实际浓度和吸收光谱强度的转换系数序列，反演不同吸收峰光谱下的气体浓度测量值，在VCSEL激光器的波长扫描周期中，通过若干个吸收峰光谱同时测量乙炔气体的浓度，然后通过平均得到高精度的浓度测量值，极大地提高测量精度和准确性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，包括：
[0008]对参考乙炔气体的吸收峰光谱进行检测，确定每个吸收峰光谱的中心点位置，并构建一组气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列；
[0009]根据参考乙炔气体每个吸收峰光谱的中心点位置，确定待测乙炔气体对应吸收峰光谱的中心点位置及测量相应的吸收峰光谱强度；
[0010]根据气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列和测量的相应吸收峰光谱强度，得到待测乙炔气体在不同吸收峰光谱强度下对应的测量浓度值，通过对测量浓度值求平均得到待测乙炔气体的实际浓度。
[0011]作为可选择的实施方式，采用VCSEL激光器对参考乙炔气体进行扫描，通过4mA
‑
16mA的锯齿波电流驱动VCSEL激光器输出光信号，以便在波长扫描范围内对参考乙炔气体的吸收峰光谱进行检测。
[0012]作为可选择的实施方式，所述波长扫描范围为1526.5
‑
1531nm的范围。
[0013]作为可选择的实施方式，通过设置充满乙炔气体的参考气室，在VCSEL波长扫描过程中，跟踪测量参考气室中多个乙炔吸收峰光谱的中心点位置。
[0014]作为可选择的实施方式，构建气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列的过程为：通过吸收峰浓度和吸收峰光谱强度的二次拟合，得到该吸收峰光谱强度和气体浓度的转换系数；将多个吸收峰光谱下的转换系数，构成一组转换系数序列。
[0015]作为可选择的实施方式，根据测量浓度得到待测乙炔气体的实际浓度的过程为对不同吸收峰光谱强度下对应的测量浓度求平均得到实际浓度。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测系统，包括：
[0017]电流驱动模块，用于产生驱动电流以驱动VCSEL激光器发射光信号；
[0018]控制模块，用于控制电流驱动模块的驱动，以在VCSEL激光器的波长扫描范围内对参考乙炔气体的吸收峰光谱进行检测，根据检测结果，确定每个吸收峰光谱的中心点位置，并构建气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列；
[0019]所述控制模块，根据参考乙炔气体每个吸收峰光谱的中心点位置，确定待测乙炔气体对应吸收峰光谱的中心点位置及相应的吸收峰光谱强度；根据气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列，得到待测乙炔气体在不同吸收峰光谱强度下对应的测量浓度，根据测量浓度得到待测乙炔气体的实际浓度。
[0020]作为可选择的实施方式，所述乙炔气体浓度检测系统还包括分路器；所述分路器的各个支路均连接光电探测器；所述控制模块控制电流驱动模块产生锯齿波电流，以驱动VCSEL激光器输出光信号，所述光信号传输至分路器的各个支路，经光电探测器后，将探测到的信号传输至控制模块。
[0021]作为可选择的实施方式，所述分路器包括三个支路，其中，第一支路连接第一光电探测器，第二支路通过参考气室连接第二光电探测器，第三支路通过检测气室连接第三光电探测器。
[0022]作为可选择的实施方式，所述乙炔气体浓度检测系统还包括采集模块，所述采集模块用于获取不同的驱动电流对应不同的波长下，VCSEL激光器发出的光信号强度、参考气室光信号强度和检测气室光信号强度，并发送控制模块，以使控制模块根据检测结果进行浓度检测。
[0023]作为可选择的实施方式，所述电流驱动模块产生4mA
‑
16mA的锯齿波驱动电流，以驱动VCSEL激光器发射光信号，在波长扫描范围中，实现1526.5
‑
1531nm范围的波长调制。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术提供一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，具体涉及一种协调垂直腔面发射激光器的波长来对乙炔气体进行精确检测的方法和系统。利用VCSEL激光器的波长可调谐性和扫描波长宽的特性，对其波长扫描范围内的多个乙炔气体的吸收峰光谱进行检测，每个吸收峰光谱都可以通过标定建立实际浓度和吸收峰光谱强度的转换系数；相当于在VCSEL激光器的波长扫描周期中，有若干个吸收峰光谱可以同时用来测量乙炔气
体的浓度，这样可以通过平均多个浓度测量值来确定乙炔实际浓度，极大地提高测量精度。
[0026]本专利技术提供一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，通过参考乙炔气体，可以实时跟踪确定乙炔吸收峰光谱的中心点位置，并根据参考乙炔气体的吸收峰光谱中心点位置信息，确定待测乙炔气体的吸收峰光谱中心点位置，同时测量该位置所对应的吸收光谱强度；同时利用实际浓度和吸收光谱强度的转换系数序列，反演出不同吸收峰光谱下的浓度测量值，然后将多个测量值进行平均得出实际浓度值。由于同时利用多个吸收峰光谱测量乙炔气体的浓度，利用多个吸收峰光谱测量浓度的平均值可以极大地提高测量精度和准确性。
[0027]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，其特征在于，包括：对参考乙炔气体的吸收峰光谱进行检测，确定每个吸收峰光谱的中心点位置，并构建气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列；根据参考乙炔气体每个吸收峰光谱的中心点位置，确定待测乙炔气体对应吸收峰光谱的中心点位置及测量相应的吸收峰光谱强度；根据气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列和测量的相应吸收峰光谱强度，得到待测乙炔气体在不同吸收峰光谱强度下对应的测量浓度，根据测量浓度得到待测乙炔气体的实际浓度。2.如权利要求1所述的一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，其特征在于，采用VCSEL激光器对参考乙炔气体进行扫描，通过4mA
‑
16mA的锯齿波电流驱动VCSEL激光器输出光信号，以在波长扫描范围内对参考乙炔气体的吸收峰光谱进行检测；所述波长扫描范围为1526.5
‑
1531nm的范围。3.如权利要求1所述的一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，其特征在于，通过设置充满乙炔气体的参考气室，在VCSEL波长扫描过程中，跟踪测量参考气室中多个乙炔吸收峰光谱的中心点位置。4.如权利要求1所述的一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，其特征在于，构建气体浓度和吸收峰光谱强度的转换系数序列的过程为：通过吸收峰浓度和吸收峰光谱强度的二次拟合，得到该吸收峰光谱强度和气体浓度的转换系数；将多个吸收峰光谱下的转换系数，构成一组转换系数序列。5.如权利要求1所述的一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测方法，其特征在于，根据测量浓度得到待测乙炔气体的实际浓度的过程为对不同吸收峰光谱强度下对应的测量浓度求平均得到实际浓度。6.一种基于多吸收峰光谱的乙炔气体浓度检测系统，其特征在于，包括：电流驱动模块，用于产生驱动电流以驱动VCSEL激光器发射光信号；控制模块，用于控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：金光贤，刘统玉，朱晓宁，宁雅农，颜亮，董媛媛，高颖，易巧凤，
申请(专利权)人：广东感芯激光科技有限公司兖矿能源集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：