温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器，装置包括：封装被测气体的气室；温度探头，设置在气室中，用于测量被测气体的实际温度，得到实际测量温度；激光发射组件，用于向气室发射激光信号；反射镜组件，设置在气室中，用于反射激光信号得到回波信号；探测器，用于将回波信号转换成电信号；微控制器，用于控制激光发射组件发射的激光信号波长覆盖被测气体的两个吸收峰值波长，并根据电信号计算得到被测气体的真实温度，以及通过实际测量温度修正真实温度，并根据最终的真实温度补偿得到被测气体的浓度。该装置克服了气体流动造成的测温不准的问题，提高了气体浓度测量的准确性，且结构简单易实现。且结构简单易实现。且结构简单易实现。

【技术实现步骤摘要】
温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器


[0001]本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器。

技术介绍

[0002]TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐二极管激光吸收光谱）技术测量气体浓度是基于二极管激光器的窄线宽和波长快速调谐特性，通过扫描被测气体的特征谱线，测得经气体吸收前后的光强度变化，计算得到被测气体的浓度。由于环境温度的变化，气体的吸收谱线强度会发生改变，导致测得的气体浓度值出现偏差，为提高测量可靠性，需要对测量的气体浓度进行温度补偿。
[0003]相关技术中，提出采用在检测气室中安装温度传感器的方法来检测气体温度，但气室中的气体常处于流动状态，所测温度与真实气体温度有较大差异。还提出通过增加一个封装有已知浓度气体的标准探头，且将其置于与被测气体温度相同的环境中，测量时由标准探头中的气体吸收计算得到吸收线强，通过标准探头的数据对被测气体的浓度进行温度补偿。但是由于该方法需要加装标准探头，使得装置光路结构复杂、体积较大同时成本较高，不适合于体积较小且成本要求较高的激光气体测量场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器，以克服气体流动造成的测温不准的问题，且结构简单、计算复杂度低。
[0005]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种温度自动补偿的气体浓度测量装置，所述装置包括：气室，所述气室内封装有被测气体；温度探头，设置在所述气室中，用于测量所述被测气体的实际测量温度；激光发射组件，用于向所述气室发射激光信号；反射镜组件，设置在所述气室中，用于对所述激光信号进行反射得到回波信号；探测器，用于将所述回波信号转换成电信号；微控制器，与所述激光发射组件、所述温度探头和所述探测器连接，用于控制所述激光发射组件发射的激光信号波长覆盖所述被测气体的两个吸收峰值波长，并根据所述电信号得到相应的吸收曲线，计算所述吸收曲线上两个吸收峰的积分面积，根据所述两个吸收峰的积分面积计算所述被测气体的真实温度，以及通过所述实际测量温度修正所述真实温度，并根据最终的真实温度补偿得到所述被测气体的浓度。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述激光发射组件包括：驱动器，与所述微控制器连接，用于在所述微控制器的控制下输出驱动电流和驱动温度；激光器，与所述驱动器连接，用于在所述驱动电流和所述驱动温度的作用下，发射所述激光信号。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述反射镜组件包括：第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜垂直对射放置，所述第一反射镜与所述激光信号成45
°
角，所述第二反射镜输出的所述回波信号照射至所述探测器表面。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述装置还包括：放大器，连接在所述微控制器与所述
探测器之间，用于对所述电信号进行放大处理。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述微控制器具体用于通过下式计算所述被测气体的真实温度：，其中，T为所述真实温度，a、b为预设常数，A1、A2为所述两个吸收峰的积分面积。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述微控制器在通过所述实际测量温度修正所述真实温度时，具体用于：计算所述真实温度与所述实际测量温度之间的误差；在所述误差小于误差阈值时，将所述真实温度作为所述最终的真实温度；在所述误差大于或等于所述误差阈值时，继续根据电信号得到真实温度，直至误差小于所述误差阈值。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述微控制器通过下式计算所述真实温度与所述实际测量温度之间的误差：，其中，ΔT为所述误差，n为根据电信号得到的真实温度的数量，Tmea为所述实际测量温度，Tcal为最新得到的真实温度。
[0012]为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种温度自动补偿的气体浓度测量方法，所述方法用于上述任一实施例中所述的温度自动补偿的气体浓度测量装置，所述方法包括：控制所述激光发射组件发射激光信号，其中，所述激光信号的波长覆盖所述被测气体的两个吸收峰值波长；获取所述探测器输出的电信号；根据所述电信号计算得到所述被测气体的真实温度，并获取所述温度探头检测的所述被测气体的实际测量温度；通过所述实际测量温度修正所述真实温度，并根据最终的真实温度补偿得到所述被测气体的浓度。
[0013]为达到上述目的，本专利技术第三方面实施例提出了一种微处理器，包括微控制器、存储器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述微控制器执行时，实现上述的温度自动补偿的气体浓度测量方法。
[0014]本专利技术实施例的温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器，通过控制激光发射组件发射的激光信号波长覆盖被测气体的两个吸收峰值波长，并根据电信号计算得到被测气体的真实温度，以及通过实际测量温度修正真实温度，并根据最终的真实温度补偿得到被测气体的浓度，克服了气体流动造成的测温不准的问题，从而提高了气体浓度测量的准确性，且结构简单、计算复杂度低。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例的温度自动补偿的气体浓度测量装置的结构示意图；图2是本专利技术一个具体实施例温度自动补偿的气体浓度测量装置的结构示意图；图3（a）是本专利技术的一个实施例的不同温度时双吸收峰信号的示意图；图3（b）是本专利技术的一个实施例的两个吸收峰比值与温度关系的示意图；图4是本专利技术一个具体实施例的气体浓度测量过程的流程示意图；图5是本专利技术实施例的温度自动补偿的气体浓度测量方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]下面参考附图1
‑
图5以及具体的实施方式描述本专利技术实施例的温度自动补偿的气体浓度测量装置、方法以及微处理器。
[0018]图1是本专利技术实施例的温度自动补偿的气体浓度测量装置的结构示意图。
[0019]如图1所示，本实施例提供的气体浓度测量装置包括：气室1、温度探头2、激光发射组件3、反射镜组件4、探测器5和微控制器6。
[0020]在该实施例中，气室1内封装有被测气体，如甲烷气体。气室1可采用开放式设计，被测气体可以在整个空间自由流通。
[0021]参见图1，温度探头2设置在气室1中（如在气室1底部），用于测量被测气体的实际测量温度。
[0022]其中，温度探头2可选用的温度传感器，型号可为HP206F，该型号的温度传感器尺寸小，适合作为嵌入式模块使用，测温范围为
‑
40℃到85℃，误差为
±
1℃。
[0023]参见图1，激光发射组件3用于向气室1发射激光信号。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度自动补偿的气体浓度测量装置，其特征在于，所述装置包括：气室，所述气室内封装有被测气体；温度探头，设置在所述气室中，用于测量所述被测气体的实际温度，得到实际测量温度；激光发射组件，用于向所述气室发射激光信号；反射镜组件，设置在所述气室中，用于对所述激光信号进行反射得到回波信号；探测器，用于将所述回波信号转换成电信号；微控制器，与所述激光发射组件、所述温度探头和所述探测器连接，用于控制所述激光发射组件发射的激光信号波长覆盖所述被测气体的两个吸收峰值波长，并根据所述电信号得到相应的吸收曲线，计算所述吸收曲线上两个吸收峰的积分面积，根据所述两个吸收峰的积分面积计算所述被测气体的真实温度，以及通过所述实际测量温度修正所述真实温度，并根据最终的真实温度补偿得到所述被测气体的浓度。2.根据权利要求1所述的温度自动补偿的气体浓度测量装置，其特征在于，所述激光发射组件包括：驱动器，与所述微控制器连接，用于在所述微控制器的控制下输出驱动电流和驱动温度；激光器，与所述驱动器连接，用于在所述驱动电流和所述驱动温度的作用下，发射所述激光信号。3.根据权利要求1所述的温度自动补偿的气体浓度测量装置，其特征在于，所述反射镜组件包括：第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜垂直对射放置，所述第一反射镜与所述激光信号成45
°
角，所述第二反射镜输出的所述回波信号照射至所述探测器表面。4.根据权利要求1所述的温度自动补偿的气体浓度测量装置，其特征在于，所述装置还包括：放大器，连接在所述微控制器与所述探测器之间，用于对所述电信号进行放大处理。5.根据权利要求1所述的温度自动补偿的气体浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷松峰，栾林，巢佰崇，杨广，周扬，付明，
申请(专利权)人：清华大学合肥公共安全研究院，
类型：发明
国别省市：