痕量气体检测方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种痕量气体检测方法、装置及系统，所述检测方法包括：应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的待测气体进行波长扫描；接收从气室输出的待测信号，并对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一信号和第二信号；根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号；对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，并根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值，能够实现对痕量气体浓度的检测，有效提高了痕量气体浓度的检测精确度。测精确度。测精确度。

【技术实现步骤摘要】
痕量气体检测方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于气体浓度检测领域，具体是涉及到一种痕量气体检测方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]现有的基于物理或者化学的气体检测方法具有稳定性差、需定期更换和校准从而增加操作和维护的工作量等不足之处。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)的气体检测方法具有抗干扰强、灵敏度高、不需消耗载气等优点，在气体检测方面具有广阔应用前景。
[0003]然而应用TDLAS技术对气体进行检测时，由于激光器光强变化、测量系统噪声、非线性调制、测量系统空间的温度、湿度变化等会引起解调后的谐波畸变，从而影响气体浓度测量的准确性和稳定性。特别是对于痕量气体，气体浓度特征信息相对于干扰信号更为微弱的情况下，如何实现强噪声干扰下痕量气体浓度的准确测量具有较高的挑战性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种痕量气体检测方法、装置及系统，以在强噪声干扰下提高痕量气体的测量准确性和可靠性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种痕量气体检测方法，包括：应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的待测气体进行波长扫描；接收从气室输出的待测信号，并对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一信号和第二信号；根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号；对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，并根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值。
[0006]可选的，所述应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的所述待测气体进行波长扫描之前，包括：根据低频锯齿波扫描信号、高频正弦调制信号的数字化量表生成调制波形，其中所述高频正弦调制信号的第一频率为所述低频锯齿波扫描信号的频率的整数倍；对所述调制波形进行数模转换后得到所述调制信号。
[0007]可选的，所述应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的所述待测气体进行波长扫描之前，还包括：获取幅值为1，且具有第一频率和第一相位的所述第一参考信号，其中所述第一参考信号的频率与所述高频正弦调制信号同频率，所述第一相位为所述一次谐波信号在所述待测气体的吸收波长附近具有最大幅值变化的相位值；获取幅值为1，且具有第二频率和第二相位的所述第二参考信号，其中所述第二参考信号的频率为所述高频正弦调制信号的2倍频，所述第二相位为所述二次谐波信号在所述待测气体的吸收波长附近具有最大幅值变化的相位值，所述第二频率为所述第一频率的2倍。
[0008]可选的，所述对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一
信号和第二信号，包括：对所述待测信号进行通带截止频率为第一频率的第一有限脉冲响应低通滤波器进行低通滤波，得到所述第一信号；对所述待测信号进行通带截止频率为第二频率的所述第一有限脉冲响应低通滤波器进行低通滤波，得到所述第二信号。
[0009]可选的，所述根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号，包括：对预设的第一参考信号与所述第一信号进行乘法运算得到解调后的第一信号，对解调后的第一信号依次应用积分梳妆滤波器和第二有限脉冲响应低通滤波器进行滤波处理，得到与所述待测气体浓度相关的所述一次谐波信号；对预设的第二参考信号与所述第二信号进行乘法运算得到解调后的第二信号，对解调后的第二信号依次应用积分梳妆滤波器和第二有限脉冲响应低通滤波器进行滤波处理，得到与所述待测气体浓度相关的所述二次谐波信号。
[0010]可选的，所述对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，包括：分别对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行傅立叶变换得到对应的频谱，并分别对频谱取平方后得到所述一次谐波信号和所述二次谐波信号对应的第一功率谱和第二功率谱；选择所述第一功率谱中幅值最大的频率为所述一次谐波信号的第一中心频点，选择所述第二功率谱中幅值最大的频率为所述二次谐波信号的第二中心频点；根据所述第一中心频点及倍频点的频率、幅值和相位获取所述一次谐波信号的重构信号，根据所述第二中心频点及倍频点的频率、幅值和相位获取所述二次谐波信号的重构信号。
[0011]可选的，所述根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值，包括：获取所述二次谐波信号的重构信号与所述一次谐波信号的重构信号的比值的吸收峰；根据所述吸收峰计算浓度特征值，并根据所述浓度特征值获取所述待测气体的气体浓度值。
[0012]基于同一专利技术构思，本专利技术还提出了一种痕量气体检测装置，包括：信号发生模块，用于应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的待测气体进行波长扫描；低通滤波模块，用于接收从气室输出的待测信号，对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一信号和第二信号；谐波信号获取模块，用于根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号；气体浓度分析模块，用于对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，并根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值。
[0013]基于同一专利技术构思，本专利技术还提出了一种痕量气体检测系统，包括：依次连接的近红外分布式反馈激光器、气室、光电探测器、以及所述痕量气体检测装置。
[0014]可选的，所述痕量气体检测系统还包括：真空泵和数模转换器；所述痕量气体检测装置还与所述近红外分布式反馈激光器连接，所述气室中充入待测气体至常压，所述真空泵用于将所述气室内的所述待测气体抽至负压状态；所述痕量气体检测装置还用于根据低频锯齿波扫描信号、高频正弦调制信号的数字化量表生成调制波形，所述数模转换器用于对所述调制波形进行数模转换后得到所述调制信号驱动所述近红外分布式反馈激光器。
[0015]从上面所述可以看出，本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术提供的一种痕量气体检测方法、装置及系统，检测方法包括：应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光
器发射激光对气室内的待测气体进行波长扫描；接收从气室输出的待测信号，并对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一信号和第二信号；根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号；对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，并根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值，实现对痕量气体浓度的检测，有效提高了痕量气体浓度的检测精确度，进一步提高了痕量气体浓度的检测下限。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种痕量气体检测方法，其特征是，所述痕量气体检测方法包括：应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的待测气体进行波长扫描；接收从气室输出的待测信号，并对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一信号和第二信号；根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号；对所述一次谐波信号和所述二次谐波信号进行分析重构，并根据所述一次谐波信号和所述二次谐波信号的重构信号获取所述待测气体的气体浓度值。2.如权利要求1所述的痕量气体检测方法，其特征是，所述应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的所述待测气体进行波长扫描之前，包括：根据低频锯齿波扫描信号、高频正弦调制信号的数字化量表生成调制波形，其中所述高频正弦调制信号的第一频率为所述低频锯齿波扫描信号的频率的整数倍；对所述调制波形进行数模转换后得到所述调制信号。3.如权利要求2所述的痕量气体检测方法，其特征是，所述应用调制信号驱动近红外分布式反馈激光器发射激光对气室内的所述待测气体进行波长扫描之前，还包括：获取幅值为1，且具有第一频率和第一相位的所述第一参考信号，其中所述第一参考信号的频率与所述高频正弦调制信号同频率，所述第一相位为所述一次谐波信号在所述待测气体的吸收波长附近具有最大幅值变化的相位值；获取幅值为1，且具有第二频率和第二相位的所述第二参考信号，其中所述第二参考信号的频率为所述高频正弦调制信号的2倍频，所述第二相位为所述二次谐波信号在所述待测气体的吸收波长附近具有最大幅值变化的相位值，所述第二频率为所述第一频率的2倍。4.如权利要求1所述的痕量气体检测方法，其特征是，所述对所述待测信号分别进行不同截止频率的低通滤波，分别得到第一信号和第二信号，包括：对所述待测信号进行通带截止频率为第一频率的第一有限脉冲响应低通滤波器进行低通滤波，得到所述第一信号；对所述待测信号进行通带截止频率为第二频率的所述第一有限脉冲响应低通滤波器进行低通滤波，得到所述第二信号。5.如权利要求1所述的痕量气体检测方法，其特征是，所述根据预设的第一参考信号和第二参考信号分别对所述第一信号和所述第二信号进行解调和滤波处理，分别得到与所述待测气体浓度相关的一次谐波信号和二次谐波信号，包括：对预设的第一参考信号与所述第一信号进行乘法运算得到解调后的第一信号，对解调后的第一信号依次应用积分梳妆滤波器和第二有限脉冲响应低通滤波器进行滤波处理，得到与所述待测气体浓度相关的所述一次谐波信号；对预设的第二参考信号与所述第二信号进行乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李橙橙，谭文胜，万元，潘平衡，唐伟，陈淼，李汉臻，刘章进，曹旺，姜运，时志能，王佩，胡靖远，廖学顺，吴昊天，
申请(专利权)人：五凌电力有限公司，
类型：发明
国别省市：