基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法及系统，所述方法包括以下步骤：在进行激光红外气体浓度检测时，微处理器读取半导体激光器外的实时环境温度信号T，根据所述实时环境温度信号T确定吸收线调整策略：在所述实时环境温度信号T＜切换温度阈值T1时，执行第1种吸收线策略；在切换温度阈值T1≤所述实时环境温度信号T≤切换温度阈值T2时，执行第2种吸收线策略；以此类推，在切换温度阈值T

【技术实现步骤摘要】
基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及激光红外气体探测器
，具体的说，涉及了一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法及系统。

技术介绍

[0002]常见的可燃气体泄漏检测方法包括电化学法、催化燃烧法、固体电解质法、红外光谱吸收法等。其中，红外光谱被称为化合物的“指纹”，具有分析速度快、成本低、不消耗试样和易于在线测量等优点，红外光谱吸收法的基本理论依据是朗伯比尔定律，该方法利用特定气体分子的特征光谱进行检测，分辨率高，而且对不同气体分子的选择性也比较好。
[0003]需要说明的是，在激光红外气体探测器
，每种气体分子都有固定的吸收光谱，只有半导体激光器输出的中心波长被调谐在被测气体的吸收峰时，半导体激光器发出的光通过被测气体才会被吸收，通过分析光强的变化就能够反演计算出被测气体的浓度。
[0004]被测气体包括甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷、一氯甲烷等多种气体；其中，以甲烷为主的烃类混合物是天然气的主要组成部分。我国天然气储量丰富，分布地理环境复杂，随着西气东输、忠武线及涩宁兰等输气管道的完善，以及天然气的推广和普及，管道运行时间也随之延长，但由于管道本身老化、土壤腐蚀、地层应力、施工破坏等原因，天然气管道泄漏事件也日趋增多。天然气管道一旦泄漏，一方面会严重影响城市基础能源的安全平稳供给，而且泄漏到大气环境中的天然气危及生态安全，另一方面由于易燃易爆特性，天然气泄漏可能引起燃烧、爆炸，严重威胁百姓人身安全、造成巨大财产损失。
[0005]由于天然气管道的气体泄漏区域位于工业现场的危险环境下，检测人员不方便近距离直接接触，因此，将红外吸收光谱气体传感技术与激光遥测技术相结合进行检测十分有必要。目前，现有的激光气体监测设备均采用固定吸收线方式，使用温度范围一般为
‑
20℃—50℃；然而，西气东输、忠武线及涩宁兰等输气管道极有可能处于极热或极寒等恶劣环境中，因此，急需能够在恶劣环境中快速且准确检测天然气是否泄露的系统。
[0006]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法及系统。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术第一方面提供一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法，所述方法包括以下步骤：在出厂之前，根据待测气体类型和激光器类型进行N条目标吸收线下的浓度标定，设定N条目标吸收线对应的N
‑
1个切换温度阈值；在进行激光红外气体浓度检测时，微处理器读取半导体激光器外的实时环境温度
信号T，根据所述实时环境温度信号T确定吸收线调整策略：在所述实时环境温度信号T＜切换温度阈值T1时，执行第1种吸收线策略；在切换温度阈值T1≤所述实时环境温度信号T≤切换温度阈值T2时，执行第2种吸收线策略；以此类推，在切换温度阈值T
N
‑2≤所述实时环境温度信号T≤切换温度阈值T
N
‑1时，执行第N
‑
1种吸收线策略；在所述实时环境温度信号T＞切换温度阈值T
N
‑1时，执行第N种吸收线策略；其中，每种吸收线策略包括调整规则Ⅰ和调整规则Ⅱ；每种吸收线策略对应的目标吸收线不同，不同调整规则Ⅰ下的目标吸收线对应不同的目标电压数字量取值范围；执行第i种吸收线策略时，将激光器调制电流调整为调制电流I
i
，并根据输入指令对调整规则Ⅰ和调整规则Ⅱ择一启用，直至半导体激光器输出中心波长被调整在中心波长锁定值区间W
i
内，吸收线被调整为待测气体的第i吸收线；启用所述调整规则Ⅰ时，微处理器执行：步骤A1，读取激光器内热敏电阻的电压值V
RES
，并判断是否满足条件：电压数字量D
DOWN
≤电压值V
RES
≤电压数字量D
up
；若否，则转步骤A2；步骤A2，在所述电压值V
RES
＜所述电压数字量D
DOWN
时，以预设间隔a1动态增加温控器的变端电压V
p
后，判断增加后的变端电压V
p
是否小于变端电压的最大值V
pMAX
，若是，则转步骤A1；若否，则在增加后的变端电压V
p
= V
pMAX
且温控器的固定端电压V
N
＞V
NMIN
时，以预设间隔a2动态减少温控器的固定端电压V
N
，并转步骤A1；在所述电压值V
RES
＞所述电压数字量D
up
时，以预设间隔a3动态减少温控器的变端电压V
p
后，判断减少后的变端电压V
p
是否大于变端电压的最小值V
pMIN
，若是，则转步骤A1；若否，则在减少后的变端电压V
p
= V
pMIN
且温控器的固定端电压V
N
＜V
NMAX
时，以预设间隔a4动态增加温控器的固定端电压V
N
，并转步骤A1；启用所述调整规则Ⅱ时，微处理器执行：步骤B1，读取激光器内热敏电阻的电压值V
RES
，并判断是否满足条件：电压数字量D
TDOWN
≤电压值V
RES
≤电压数字量D
Tup
，若否，则转步骤B2；步骤B2，在所述电压值V
RES
＜所述电压数字量D
TDOWN
时，以预设间隔a5动态增加温控器的变端电压V
p
后，判断增加后的变端电压V
p
是否小于变端电压的最大值V
pMAX
，若是，则转步骤B1；若否，则在增加后的变端电压V
p
=V
pMAX
且温控器的固定端电压V
N
＞V
NMIN
时，以预设间隔a6动态减少温控器的固定端电压V
N
，并转步骤B1；在所述电压值V
RES
＞所述电压数字量D
Tup
时，以预设间隔a7动态减少温控器的变端电压V
p
后，判断减少后的变端电压V
p
是否大于变端电压的最小值V
pMIN
，若是，则转步骤B1；若否，则在减少后的变端电压V
p
=V
pMIN
且温控器的固定端电压V
N
＜V
NMAX
时，以预设间隔a8动态增加温控器的固定端电压V
N
，并转步骤B1。。
[0009]本专利技术第二方面提供一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测系统，所述系统包括预处理单元、吸收线策略管理单元和吸收线策略执行单元，所述吸收线策略执本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：在出厂之前，根据待测气体类型和激光器类型进行N条目标吸收线下的浓度标定，设定N条目标吸收线对应的N
‑
1个切换温度阈值；在进行激光红外气体浓度检测时，微处理器读取半导体激光器外的实时环境温度信号T，根据所述实时环境温度信号T确定吸收线调整策略：在所述实时环境温度信号T＜切换温度阈值T1时，执行第1种吸收线策略；在切换温度阈值T1≤所述实时环境温度信号T≤切换温度阈值T2时，执行第2种吸收线策略；以此类推，在切换温度阈值T
N
‑2≤所述实时环境温度信号T≤切换温度阈值T
N
‑1时，执行第N
‑
1种吸收线策略；在所述实时环境温度信号T＞切换温度阈值T
N
‑1时，执行第N种吸收线策略；其中，每种吸收线策略包括调整规则Ⅰ和调整规则Ⅱ；每种吸收线策略对应的目标吸收线不同，不同调整规则Ⅰ下的目标吸收线对应不同的目标电压数字量取值范围；执行第i种吸收线策略时，将激光器调制电流调整为调制电流I
i
，并根据输入指令对调整规则Ⅰ和调整规则Ⅱ择一启用，直至半导体激光器输出中心波长被调整在中心波长锁定值区间W
i
内，吸收线被调整为待测气体的第i吸收线；启用所述调整规则Ⅰ时，微处理器执行：步骤A1，读取激光器内热敏电阻的电压值V
RES
，并判断是否满足条件：电压数字量D
DOWN
≤电压值V
RES
≤电压数字量D
up
；若否，则转步骤A2；步骤A2，在所述电压值V
RES
＜所述电压数字量D
DOWN
时，以预设间隔a1动态增加温控器的变端电压V
p
后，判断增加后的变端电压V
p
是否小于变端电压的最大值V
pMAX
，若是，则转步骤A1；若否，则在增加后的变端电压V
p
= V
pMAX
且温控器的固定端电压V
N
＞V
NMIN
时，以预设间隔a2动态减少温控器的固定端电压V
N
，并转步骤A1；在所述电压值V
RES
＞所述电压数字量D
up
时，以预设间隔a3动态减少温控器的变端电压V
p
后，判断减少后的变端电压V
p
是否大于变端电压的最小值V
pMIN
，若是，则转步骤A1；若否，则在减少后的变端电压V
p
= V
pMIN
且温控器的固定端电压V
N
＜V
NMAX
时，以预设间隔a4动态增加温控器的固定端电压V
N
，并转步骤A1；启用所述调整规则Ⅱ时，微处理器执行：步骤B1，读取激光器内热敏电阻的电压值V
RES
，并判断是否满足条件：电压数字量D
TDOWN
≤电压值V
RES
≤电压数字量D
Tup
，若否，则转步骤B2；步骤B2，在所述电压值V
RES
＜所述电压数字量D
TDOWN
时，以预设间隔a5动态增加温控器的变端电压V
p
后，判断增加后的变端电压V
p
是否小于变端电压的最大值V
pMAX
，若是，则转步骤B1；若否，则在增加后的变端电压V
p
=V
pMAX
且温控器的固定端电压V
N
＞V
NMIN
时，以预设间隔a6动态减少温控器的固定端电压V
N
，并转步骤B1；在所述电压值V
RES
＞所述电压数字量D
Tup
时，以预设间隔a7动态减少温控器的变端电压V
p
后，判断减少后的变端电压V
p
是否大于变端电压的最小值V
pMIN
，若是，则转步骤B1；若否，则在减少后的变端电压V
p
=V
pMIN
且温控器的固定端电压V
N
＜V
NMAX
时，以预设间隔a8动态增加温控器的固定端电压V
N
，并转步骤B1。2.根据权利要求1所述的基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法，其特征在于，在确认所述调整规则Ⅰ执行完成后，微处理器还检测吸收线调整是否成功：提取所述参考气路信号的二次谐波，得到参考气路信号的二次谐波最大值；
根据预存的二次谐波最大值与电压数字量取值范围映射关系，提取实时电压数字量取值范围；判断第i种吸收线策略中调整规则Ⅰ对应的电压数字量取值范围，与所述实时电压数字量取值范围是否匹配，若不匹配，则判定吸收线调整失败，并生成第一反馈消息。3.根据权利要求1所述的基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测方法，其特征在于，在确认所述调整规则Ⅱ执行完成后，微处理器还检测吸收线调整是否成功：读取半导体激光器输出的实时中心波长W
’
i
，判断所述实时中心波长W
’
i
，与第i种吸收线策略中调整规则Ⅱ对应的中心波长锁定值区间W
i
是否匹配，若不匹配，则判定吸收线调整失败，并生成第二反馈消息。4.一种基于动态吸收线的激光红外气体浓度检测系统，其特征在于：包括预处理单元、吸收线策略管理单元和吸收线策略执行单元，所述吸收线策略执行单元包括执行单元Ⅰ、执行单元Ⅱ和执行单元Ⅲ，其中，所述预处理单元，用于在出厂之前，根据待测气体类型和激光器类型进行N条目标吸收线下的浓度标定，设定N条目标吸收线对应的N
‑
1个切换温度阈值；所述吸收线策略...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海永，武传伟，张华杰，冯山虎，王婷，贾林涛，冉顺杰，
申请(专利权)人：汉威科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：