一种二氧化碳检测系统及方法技术方案

本申请属于气体检测技术领域，特别是涉及一种二氧化碳检测系统及方法。通常情况下，被测二氧化碳气体的浓度是较低的，获得的数据往往是不完整的、比较微弱的，而且非常容易受到噪声的干扰，这样会产生数据的错值或者异常值。本申请提供了一种二氧化碳检测系统，包括依次连接的激光驱动器、激光器、气体吸收池、光电探测器、锁相放大器、数据采集卡和智能终端，所述激光驱动器与所述数据采集卡连接，所述数据采集卡与所述激光驱动器连接，所述数据采集卡与所述锁相放大器连接。易操作且能够实现对二氧化碳气体的高精确性、高精度检测。高精度检测。高精度检测。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳检测系统及方法


[0001]本申请属于气体检测
，特别是涉及一种二氧化碳检测系统及方法。

技术介绍

[0002]可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)技术由于其具有高灵敏度、高选择性、快速响应及非接触测量等特点，其已广泛用于污染物监测、大气监测、工农业的生产过程控制等领域。
[0003]随着科学技术的不断发展以及工业生产水平的不断进步，二氧化碳气体在科研生产及人民群体的日常生活中扮演着越来越重要的角色，随之而来，对二氧化碳气体的检测技术的需求逐渐增加，对检测设备的精度要求也越来越高，而且在很多特殊场景中，传统的二氧化碳气体检测技术无法顺利地实施。例如，在燃烧过程分析中，受限于恶劣的检测环境，传统的二氧化碳检测技术无法做到实时高精度检测，而TDLAS气体检测技术可以很好地应用到这些场合中。
[0004]二氧化碳气体在众多领域具有研究意义，例如：(1)在高分子聚合材料领域，二氧化碳气体可以用来研制新型的合成材料。(2)在石油煤炭开采领域，二氧化碳气体具有增进产能的功效。(3)在机械加工制造领域，采用二氧化碳气体作为保护气体进行焊接操作。(4)在金属冶炼领域，二氧化碳作为优质稳定剂。(5)在农业生产领域，合理控制农作物生长环境中二氧化碳气体浓度在一个适宜范围内，能够提高产量。(6)在化工领域，二氧化碳气体作为一种重要的化工原料。(7)在食品加工领域，二氧化碳气体用于食品的冷冻、冷藏、灭菌、防霉、保鲜等。
[0005]通常情况下，被测二氧化碳气体的浓度是较低的，获得的数据往往是不完整的、比较微弱的，而且非常容易受到噪声的干扰，这样会产生数据的错值或者异常值，因此数据处理在实验过程中显得尤为重要，对后续的研究至关重要。

技术实现思路

[0006]1.要解决的技术问题
[0007]基于通常情况下，被测二氧化碳气体的浓度是较低的，获得的数据往往是不完整的、比较微弱的，而且非常容易受到噪声的干扰，这样会产生数据的错值或者异常值的问题，本申请提供了一种二氧化碳检测系统及方法。
[0008]2.技术方案
[0009]为了达到上述的目的，本申请提供了一种二氧化碳检测系统，包括依次连接的激光驱动器、激光器、气体吸收池、光电探测器、锁相放大器、数据采集卡和智能终端，所述激光驱动器与所述数据采集卡连接，所述数据采集卡与所述激光驱动器连接，所述数据采集卡与所述锁相放大器连接。
[0010]本申请提供的另一种实施方式为：所述激光驱动器为温度和电流控制模块。
[0011]本申请提供的另一种实施方式为：所述智能终端包括Visual Studio软件，所述智
能终端包括MATLAB数据处理程序。
[0012]本申请还提供一种二氧化碳检测方法，采用所述的二氧化碳检测系统采集气体数据，对所述气体数据进行处理后得到二氧化碳气体浓度。
[0013]本申请提供的另一种实施方式为：所述处理包括谐波信号提取、去除噪声、谐波信号幅值拟合和浓度反演。
[0014]本申请提供的另一种实施方式为：所述处理包括提取二次谐波信号，对所述二次谐波信号进行过滤和背景扣除去除噪声，对处理后的所述二次谐波信号幅值进行提取，将提取后的数据点进行拟合，通过拟合得到的拟合方程反演待测气体浓度，得到待测气体二氧化碳的浓度信息。
[0015]本申请提供的另一种实施方式为：所述过滤包括采用小波变换模极大值和集合经验模态分解的复合滤波算法进行数据处理。
[0016]本申请提供的另一种实施方式为：所述拟合采用最小二乘法。
[0017]本申请提供的另一种实施方式为：所述复合滤波算法包括对所述二次谐波信号进行EEMD分解，得到一组固有模态函数分量；对各个固有模态函数分量进行小波变换模极大值去噪，得到去噪后的固有模态函数分量；将小波变换模极大值去噪后的各固有模态函数分量进行重构，得到去噪后的二次谐波信号。
[0018]3.有益效果
[0019]与现有技术相比，本申请提供的二氧化碳检测系统及方法的有益效果在于：
[0020]本申请提供的二氧化碳检测系统，为一种基于TDLAS技术的二氧化碳检测系统及方法，包括系统设计及数据处理方法。
[0021]本申请提供的二氧化碳检测系统，易操作、准确性高。
[0022]本申请提供的二氧化碳检测系统，易操作且能够实现对二氧化碳气体的高精确性、高精度检测。
[0023]本申请提供的二氧化碳检测系统的方法，大大提高检测的准确性。
[0024]本申请提供的二氧化碳检测系统的方法，以TDLAS技术为基础，结合可调谐半导体激光吸收光谱技术，采用Visual Studio软件作为数据处理平台，采用小波变换模极大值和集合经验模态分解(EEMD)的复合滤波算法对数据进行滤波处理，实现二氧化碳浓度的检测。
附图说明
[0025]图1是本申请的二氧化碳检测系统原理示意图；
[0026]图2是本申请的实际检测信号示意图；
[0027]图3是本申请的去噪后的二氧化碳气体的二次谐波信号示意图；
[0028]图4是本申请的最小二乘法拟合结果示意图。
具体实施方式
[0029]在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些
实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
[0030]数据处理在气体检测过程中对最后的实验结果有着重要意义。
[0031]参见图1～4，本申请提供一种二氧化碳检测系统，包括依次连接的激光驱动器、激光器2、气体吸收池3、光电探测器4、锁相放大器5、数据采集卡6和智能终端7，所述激光驱动器与所述数据采集卡6连接，所述数据采集卡6与所述激光驱动器连接，所述数据采集卡6与所述锁相放大器5连接。
[0032]智能终端7通过数字方式生成调制信号(即低频三角波扫描信号与高频正弦波调制信号叠加的信号)，通过WMS(波长调制光谱)技术对激光器波长进行调制。数据采集卡6通过数模转换模块将调制后的信号传输给激光驱动器。
[0033]进一步地，所述激光驱动器为温度和电流控制模块1。
[0034]进一步地，所述智能终端包括Visual Studio软件，所述智能终端包括MATLAB数据处理程序。
[0035]具体的，所述激光器2是DFB激光器，用于发射波长为1573.2nm的近红外可见光并连接光纤准直器接口；
[0036]所述激光驱动器即温度和电流控制模块1，激光器2安装在其安装座上，用于驱动激光器发射激光，其输入端连接数据采集卡的输出端；
[0037]所述气体吸收池3，用于待测气体与激光发生选择性吸收；
[0038]所述光电探测器4是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳检测系统，其特征在于：包括依次连接的激光驱动器、激光器、气体吸收池、光电探测器、锁相放大器、数据采集卡和智能终端，所述激光驱动器与所述数据采集卡连接，所述数据采集卡与所述激光驱动器连接，所述数据采集卡与所述锁相放大器连接。2.如权利要求1所述的二氧化碳检测系统，其特征在于：所述激光驱动器为温度和电流控制模块。3.如权利要求2所述的二氧化碳检测系统的应用，其特征在于：所述智能终端包括Visual Studio软件，所述智能终端包括MATLAB数据处理程序。4.一种二氧化碳检测方法，其特征在于：采用权利要求1～3中任一项所述的二氧化碳检测系统采集气体数据，对所述气体数据进行处理后得到二氧化碳气体浓度。5.如权利要求4所述的二氧化碳检测方法，其特征在于：所述处理包括谐波信号提取、去除噪声、谐波信号幅值拟合和浓度反演。6.如权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贺，张志龙，赵安生，朱一峰，兰嘉棋，马晓辉，李卫岩，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：