CN103076302A - 一种气体浓度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种气体浓度检测方法及装置，该方法首先拟合出不同温度压强条件下的吸收系数曲线，然后获取待测气体的压强检测值，并根据压强检测值拟合该压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，接着获取待测气体的温度检测值，最后根据待测气体的温度检测值、压强检测值和压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，结合已知的气体浓度表达式计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度，使得在测量待测气体的气体浓度时，对气体浓度算法进行温度压力补偿，从而保证气体浓度的测量精度。

Description

一种气体浓度检测方法及装置

技术领域

本申请涉及***体分析仪技术领域，特别是涉及一种气体浓度检测方法及装置。

背景技术

***体分析仪主要用于检测待测气体浓度。在工业生产中***体分析仪主要应用于痕量气体成分的检测，可以为研究大气中污染气体形成的机理和条件、大气中污染气体对生态环境的危害和对全球环境变化的影响提供独特的技术手段和新型的研究平台。

激光分析仪主要基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy，TDLAS)技术实现，TDLAS技术是光谱吸收技术的一种，该技术是通过气体分子“选频”吸收特定波长的激光的原理测量气体浓度的一种方法。具体来说，半导体激光器发射出的特定波长的激光束穿过待测气体时，待测气体对激光束进行吸收，导致激光强度产生衰减，激光强度的衰减与待测气体含量成正比。因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得待测气体的浓度。

基于TDLAS技术设计的***体分析仪主要是依据

计算待测气体浓度，其中，σ_v是调制频率，

是二次谐波最大值，F_2max为吸收系数谱线线型二阶导数最大值，P为待测气体压强，L为总光程，I₀为入射光辐射强度。

从上式中可得知待测气体浓度主要由二次谐波和吸收系数谱线线型的二阶导数所决定。但是，在实际应用中，吸收系数谱线线型很容易受温度和压强的影响，在不同温度压强条件下吸收系数谱线线型不同，从而导致待测气体浓度的测量精度降低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种气体浓度检测方法及装置，以实现在测量气体浓度时，对待测气体浓度算法进行温度压力补偿，从而保证待测气体浓度的测量精度。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种气体浓度检测方法，包括：

拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线；

获取待测气体的压强检测值；

拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数；

获取所述待测气体的温度检测值；

计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

优选地，所述拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，包括：

根据

拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，其中，所述S(T)是吸收谱线的谱线强度，所述

是吸收谱线线型函数；

所述

其中，所述P是辐射谱线的总功率，所述P(v)是辐射谱线频率为v时单位频率间隔内的功率。

优选地，所述拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，包括：

判断所述压强检测值是否位于预先设置的低压范围内或预先设置的高压范围内；

当所述压强检测值位于所述预先设置的低压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635 x⁴+6.235x³-2335 x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值；

当所述压强检测值位于所述预先设置的高压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

    +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006 x₂ ⁴-0.000002 x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099 x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

    -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

优选地，所述拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，包括：

判断所述压强检测值是否位于所述预先设置的低压范围内；

当所述压强检测值位于所述预先设置的低压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635 x ⁴+6.235x³-2335 x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值。

优选地，所述拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，包括：

判断所述压强检测值是否位于所述预先设置的高压范围内；

当所述压强检测值位于所述预先设置的高压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

    +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006 x₂ ⁴-0.000002 x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099 x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

    -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

优选地，所述计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度，包括：

利用所述温度检测值和所述压强检测值，结合所述吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值；

根据已知气体浓度表达式计算气体浓度表达式；

获取所述待测气体的二次谐波最大值；

利用已知的标定气体的浓度、已知的标定气体的压强、已知的标定气体的二次谐波最大值、已知的标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值、所述待测气体的压强、所述待测气体的二次谐波最大值和所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合气体浓度表达式计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

优选地，包括第一拟合单元、第一获取单元、第二拟合单元、第二获取单元、计算单元，其中，

所述第一拟合单元用于拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线；

所述第一获取单元用于获取待测气体的压强检测值；

所述第二拟合单元与所述第一获取单元相连接，用于拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数；

所述第二获取单元用于获取所述待测气体的温度检测值；

所述计算单元分别与所述第一获取单元、所述第二获取单元和所述第二拟合单元相连接，用于计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

优选地，所述第二拟合单元包括：判断单元和函数确定单元，其中，

所述判断单元与所述第一获取单元相连接，用于判断所述压强检测值是否位于所述预先设置的低压范围内或所述预先设置的高压范围内；

所述函数确定单元的一端与所述第一拟合单元相连接，另一端与所述判断单元相连接，当所述压强检测值位于所述预先设置的低压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635x⁴+6.235x³-2335x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值；

当所述压强检测值位于所述预先设置的高压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

    +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006x₂ ⁴-0.000002x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

    -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

优选地，所述计算单元包括：导数计算单元、表达式计算单元、获取单元和气体浓度计算单元，其中，

所述导数计算单元分别与所述第一获取单元、第二获取单元和函数确定单元相连接，用于利用所述温度检测值和所述压强检测值，结合所述吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值；

表达式计算单元用于根据已知气体浓度表达式计算气体浓度表达式；

所述获取单元用于获取所述待测气体的二次谐波最大值；

所述气体浓度计算单元分别与导数计算单元、表达式计算单元、获取单元和第一获取单元相连接，用于利用已知的标定气体的浓度、已知的标定气体的压强、已知的标定气体的二次谐波最大值、已知的标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值、所述待测气体的压强、所述待测气体的二次谐波最大值和所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合所述气体浓度表达式计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

由此可见，本申请实施例提供的一种气体浓度检测方法及装置，该方法首先拟合出不同温度压强条件下的吸收系数曲线，然后获取待测气体的压强检测值，并根据压强检测值拟合该压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，接着获取待测气体的温度检测值，最后根据待测气体的温度检测值、压强检测值和压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，结合已知的气体浓度表达式计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度，使得在测量待测气体的气体浓度时，对气体浓度算法进行温度压力补偿，从而保证气体浓度的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种气体浓度检测方法流程图；

图2为本申请实施例一提供的一种获取待测气体的压强检测值的方法流程图；

图3为本申请实施例一提供的一种获取待测气体的温度检测值的方法流程图；

图4为本申请实施例二提供的一种气体浓度检测方法流程图；

图5为本申请实施例三提供的一种气体浓度检测装置；

图6为本申请实施例三提供的一种第一获取单元的详细结构示意图；

图7为本申请实施例三提供的一种第二拟合单元的详细结构示意图；

图8为本申请实施例三提供的一种第一获取单元的详细结构示意图；

图9为本申请实施例三提供的一种计算单元的详细结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例一提供的一种气体浓度检测方法流程图。

如图1所示，该方法包括：

S101、拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线。

吸收系数的数学表达式为：其中，S(T)是吸收谱线的谱线强度，

是吸收谱线线型函数。

吸收谱线线型函数

其中，P是辐射谱线的总功率，P(v)是辐射谱线频率为v时单位频率间隔内的功率。

吸收谱线线型函数在v=v₀时有最大值

并将满足公式

的Δv称为谱线宽度。

谱线加宽主要由Vogit线型决定，Vogit线型可以写成：

其中， $g_v\left(v_0\right)=\frac{1}{2\mathrm{\Δ}{v}_v(1.065+0.447x+0.058x^2)}$

$\mathrm{\Δ}{v}_v=0.5346\mathrm{\Δ}{v}_L+{(0.2166{\mathrm{\Δ}{v}_L}^2+{{\mathrm{\Δv}}_G}^2)}^{\frac{1}{2}}$

$\mathrm{\Δ}{v}_L=2{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{air}}{\left(\frac{296}{T}\right)}^{N}P$

$\mathrm{\Δ}{v}_G={(7.1623\×{10}^{-7})v}_0\sqrt{\frac{T}{M}}$

$x=\frac{\mathrm{\Δ}{v}_L}{\mathrm{\Δ}{v}_v}$

$y=\frac{|v-v_0|}{\mathrm{\Δ}{v}_v}$

其中，γ_air为空气展宽，T为绝对温度，P为压强，N=0.5，Δv_G为高斯线型半宽，x为洛伦兹线型半宽Δv_L和Vogit线型半宽Δv_v的比值，g_v(v₀)是Vogit吸收线在中心频率v₀处的值。

通过上述的数学推导即可拟合出不同温度压强条件下的吸收系数曲线α(v)。

S102、获取待测气体的压强检测值。

在本申请实施例中，可以在待测气体所处位置安装压力传感器，通过压力传感器实时测量待测气体所处位置的压强值，将测得的压强值作为压强检测值。

在本申请实施例中，压力传感器可能发生故障导致测量的待测气体的压强值不准确，也可能因为外界干扰导致压力传感器当次检测的压强值不准确。因此，为了使得获取的待测气体的压强检测值更加准确，本申请实施例提供了一种获取待测气体的压强检测值的方法。

图2为本申请实施例一提供的一种获取待测气体的压强检测值的方法流程图。

如图2所示，该方法包括：

S201、实时检测待测气体的压强值。

在本申请实施例中，可以在待测气体所处位置安装压力传感器，通过压力传感器实时检测待测气体的压强值。

S202、计算相邻两次检测得到的压强值的差值。

S202、判断差值与预设差值的大小。

S204、计算相邻两次检测得到的压强值的均值。

当差值小于预设差值时，说明该压力传感器工作正常/外界干扰因素很小，这时计算相邻两次检测得到的压强值的均值。

S205、将均值确定为待测气体的压强检测值。

将相邻两次检测得到的压强值的均值确定为待测气体的压强检测值，通过将相邻两次检测得到的压强值的均值作为待测气体的压强检测值，减小了将一次测量得到的压强值作为压强检测值的误差，使得获取的该待测气体的压强检测值更加准确。

S103、拟合压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数。

当压强检测值大于0.5个标准大气压，小于1.2个标准大气压时，判断该压强检测值位于低压范围内，此时，结合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，拟合低压范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线函数。

当压强检测值大于等于1.2个标准大气压，小于等于3个标准大气压时，判断该压强检测值位于高压范围内，此时，结合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，拟合高压范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲面函数。

在本申请实施例中，当压强检测值大于0.5个标准大气压，小于1.2个标准大气压时，判断该压强检测值位于低压范围内只是一种优选方式，发明人可以根据自己的需求任意设置低压的范围，如可以设置成压强检测值当压强检测值大于0.2个标准大气压，小于等于1.7个标准大气压时，判断该压强检测值位于低压范围内。

同理，在本申请实施例，当压强检测值大于等于1.2个标准大气压，小于等于3个标准大气压时，判断该压强检测值位于高压范围内只是一种优选方式，发明人可以根据自己的需求任意设置高压的范围，如可以设置成当压强检测值大于等于1.9个标准大气压，小于4个标准大气压时，判断该压强检测值位于高压范围内。

S104、获取待测气体的温度检测值。

在本申请实施例中，可以在待测气体所处位置安装温度传感器，通过温度传感器实时测量待测气体所处位置的温度值，将测得的温度值作为温度检测值。

在本申请实施例中，温度传感器可能发生故障导致测量的待测气体的温度值不准确，也可能因为外界干扰导致温度传感器当次检测的温度值不准确。因此，为了使得获取的待测气体的温度检测值更加准确，本申请实施例提供了一种获取待测气体的温度检测值的方法。

图3为本申请实施例一提供的一种获取待测气体的温度检测值的方法流程图。

如图3所示，该方法包括：

S301、实时检测待测气体的温度值。

在本申请实施例中，可以在待测气体所处位置安装温度传感器，通过温度传感器实时检测待测气体的温度值。

S303、计算相邻两次检测得到的温度值的差值。

S303、判断差值与预设差值的大小。

S304、计算相邻两次检测得到的温度值的均值。

当差值小于预设差值时，说明该温度传感器工作正常/外界干扰因素很小，这时计算相邻两次检测得到的温度值的均值。

S305、将均值确定为待测气体的温度检测值。

将相邻两次检测得到的温度值的均值确定为待测气体的温度检测值，通过将相邻两次检测得到的温度值的均值作为待测气体的温度检测值，减小了将一次测量得到的温度值作为温度检测值的误差，使得获取的该待测气体的温度检测值更加准确。

S105、计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度。

该步骤首先利用温度检测值和压强检测值，结合吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，然后根据已知气体浓度表达式计算气体浓度表达式，并且获取待测气体的二次谐波最大值，最后利用已知的标定气体的浓度、已知的标定气体的压强、已知的标定气体的二次谐波最大值、已知的标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值、待测气体的压强、待测气体的二次谐波最大值、待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合气体浓度表达式计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度。

本申请实施例只是一种优选方式，在实际的工业操作过程中，发明人为了节省检测时间，还可以进行如下操作：

发明人可以预先拟合出不同温度压强条件下的吸收系数曲线，然后根据该吸收系数曲线分别拟合出高压范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲面函数和低压范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线函数，并且将得到的两个函数预先存储起来。

这样在实际工业应用中，发明人就可以直接获取压强检测值，然后判断压强检测值位于高压范围还是低压范围，当压强检测值位于高压范围内时，利用压强检测值，并获取待测气体的温度检测值和二次谐波最大值，然后结合相应的高压范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲面函数，计算待测气体的气体浓度。

当压强检测值位于低压范围内时，利用压强检测值，并获取待测气体的温度检测值和二次谐波最大值，然后结合相应的低压范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线函数，计算待测气体的气体浓度。

由此可见，本申请实施例提供的一种气体浓度检测方法，该方法首先拟合出不同温度压强条件下的吸收系数曲线，然后获取待测气体的压强检测值，并根据压强检测值拟合该压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，接着获取待测气体的温度检测值，最后根据待测气体的温度检测值、压强检测值和压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，结合已知的气体浓度表达式计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度，使得在测量待测气体的气体浓度时，对气体浓度算法进行温度压力补偿，从而保证气体浓度的测量精度。

实施例二

图4为本申请实施例二提供的一种气体浓度检测方法流程图，该方法包括：

S401、拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线。

S402、获取待测气体的压强检测值。

本申请实施例二提供的步骤S401-S402分别与上述实施例一中的步骤S101-S102一一对应，本申请实施例二提供的步骤S401-S402的详细描述请参见本申请实施例一中的步骤S101-S102，在此不再赘述。

S403、判断压强检测值是否位于预先设置的低压范围内。

在本申请实施例中，当待测气体的压强检测值大于0.5个标准大气压，小于1.2个标准大气压时，判断该压强检测值位于低压范围内。

在本申请实施例中，当压强检测值大于0.5个标准大气压，小于1.2个标准大气压时，判断该压强检测值位于低压范围内只是一种优选方式，发明人可以根据自己的需求任意设置低压的范围，如可以设置成压强检测值当压强检测值大于0.2个标准大气压，小于等于1.7个标准大气压时，判断该压强检测值位于低压范围内。

S404、确定吸收系数二阶导数的曲线函数。

当判断待测气体的压强检测值位于预先设置的低压范围内时，吸收谱线的增宽主要是多普勒效应引起的非均匀增宽，此时的线型函数可以用高斯线型表示，高斯线型函数是：

其中，Δv_G为高斯线型半宽，T为绝对温度，M为摩尔分子质量。

根据高斯线型函数可知，当判断待测气体的压强检测值位于预先设置的低压范围内时，谱线增宽主要是由温度引起。根据高斯线型得到当判断待测气体的压强检测值位于预先设置的低压范围内时，该吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635x⁴+6.235x³-2335x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值。

当判断待测气体的压强检测值不位于预先设置的低压范围内时，执行步骤S405。

S405、判断压强检测值是否位于预先设置的高压范围内。

在本申请实施例中，当待测气体的压强检测值大于等于1.2个标准大气压，小于等于3个标准大气压时，判断该压强检测值位于高压范围内。

在本申请实施例，当压强检测值大于等于1.2个标准大气压，小于等于3个标准大气压时，判断该压强检测值位于高压范围内只是一种优选方式，发明人可以根据自己的需求任意设置高压的范围，如可以设置成当压强检测值大于等于1.9个标准大气压，小于4个标准大气压时，判断该压强检测值位于高压范围内。

S406、确定吸收系数二阶导数的曲面函数。

当压强检测值位于预先设置的高压范围内时，吸收谱线的增宽主要是由碰撞引起的均匀增宽，此时的线型函数可以用洛伦兹线型表示，洛伦兹线型函数是：

其中，Δv_L为洛伦兹线型半宽，T为绝对温度，γ_air为空气展宽，P为压强，N=0.5。

根据洛伦兹线型函数可知，当压强检测值位于预先设置的高压范围内时，谱线增宽是由温度和压强共同引起的，根据洛伦兹线型得到当压强检测值位于预先设置的高压范围内时，该吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

    +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006x₂ ⁴-0.000002x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

    -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

S407、获取待测气体的温度检测值。

S408、确定吸收系数谱线线型二阶导数最大值。

利用温度检测值、压强检测值和压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定该待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值。

S409、计算气体浓度表达式。

已知气体浓度表达式为：其中，σ_v是调制频率，

是二次谐波最大值，F_2max为吸收系数谱线线型二阶导数最大值，P为待测气体的压强，L为总光程，I₀为入射光辐射强度。

预先设置标定气体，该标定气体的气体浓度是在校准后得出，根据已知气体浓度表达式可知，标定气体浓度表达式为：

其中，σ_Av为标定气体的调制频率，

为标定气体的二次谐波最大值，F_A2max为标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，P_A为标定气体的压强，L_A为标定气体的总光程，I_A0为标定气体的入射光辐射强度。

根据已知气体浓度表达式可知，待测气体浓度表达式为：

其中，σ_Bv为待测气体的调制频率，

为待测气体的二次谐波最大值，F_B2max为待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，P_B为待测气体的压强，L_B为待测气体的总光程，I_B0为待测气体的入射光辐射强度。

由标定气体浓度表达式和待测气体浓度表达式，计算得到气体浓度表达式，该气体浓度表达式为：

其中，C_A为标定气体的浓度，P_A为标定气体的压强，

为标定气体的二次谐波最大值，F_A2max为标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，P_B为待测气体的压强，

为待测气体的二次谐波最大值，F_B2max为待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值。

S410、获取待测气体的二次谐波最大值。

S411、计算待测气体的气体浓度。

根据压强检测值、二次谐波最大值，待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合气体浓度表达式计算得到该待测气体的气体浓度。

在本申请实施例中，步骤S403和步骤S405的执行顺序只是一种优选方式，发明人可以根据自己的需求任意调整步骤S403和步骤S405的执行顺序。同时，在本申请实施例中同时包括步骤S403和步骤S405也只是一种优选方式，发明人也可以根据自己的需求在本申请实施例中只设置步骤S403或者只设置步骤S405。

由此可见，本申请实施例提供的一种气体浓度检测方法，在实施例一的基础上进行了细化，使得本申请实施例提供的气体浓度检测方式更加详细、明了。

实施例三

图5为本申请实施例三提供的一种气体浓度检测装置，如图5所示，该装置包括：第一拟合单元1、第一获取单元2、第二拟合单元3、第二获取单元4和计算单元5。

其中，第二拟合单元3与第一获取单元2相连接，计算单元5分别与第一获取单元2、第二获取单元4和第二拟合单元3相连接。

第一拟合单元1用于拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线。在本申请实施例中，第一拟合单元1可以根据

拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，其中，S(T)是吸收谱线的谱线强度，

是吸收谱线线型函数。

吸收系数谱线线型

其中，P是辐射谱线的总功率，P(v)是辐射谱线频率为v时单位频率间隔内的功率。

第一获取单元2用于获取待测气体的压强检测值。在本申请实施例中，第一获取单元2可以为压力传感器。此时，压力传感器直接实时测量待测气体的压强值，将测得的压强值作为压强检测值。

在实际操作过程中，可能因为外界因素干扰或者压力传感器等测量仪器故障等导致获取的压强检测值不准确。为了提高获取的压强检测值的准确性，本申请实施例提供一种第一获取单元。

图6为本申请实施例三提供的一种第一获取单元的详细结构示意图，该第一获取单元包括：压强检测单元21、第一计算单元22、压强判断单元23、第二计算单元24和压强确定单元25。

其中，第一计算单元22和压强检测单元21相连接；压强判断单元23和第一计算单元22相连接；第二计算单元24和压强判断单元23相连接；压强确定单元25和第二计算单元24相连接。

压强检测单元21主要是用来实时检测待测气体的压强值。在本申请实施例中，该压强检测单元21可以为压强传感器。

第一计算单元22和压强检测单元21相连接，第一计算单元22接收压强检测单元21发送的压强值，并且计算相邻两次检测得到的压强值的差值。

压强判断单元23和第一计算单元22相连接，压强判断单元23接收第一计算单元22发送的相邻两次检测得到的压强值的差值，并且判断该差值和预设差值的大小，得到判断结果。

第二计算单元24和第一判断单元23相连接，第二计算单元24用来接收第一判断单元23发送的判断结果，当差值小于预设差值时，计算相邻两次检测得到的压强值的均值。

压强确定单元25和第二计算单元24相连接，将接收到的第二计算单元24发送的压强值的均值确定为压强检测值。

第二拟合单元3与第一获取单元2相连接，第二拟合单元3根据第一获取单元2发送的压强检测值，并根据压强检测值拟合压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数。

图7为本申请实施例三提供的一种第二拟合单元的详细结构示意图。如图7所示，第二拟合单元包括：判断单元31和函数确定单元32。

其中，判断单元31与第一获取单元2相连接，函数确定单元32的一端与判断单元31相连接，另一端与第一拟合单元1相连接。

判断单元31与第一获取单元2相连接，用于判断第一获取单元2发送的压强检测值位于是否位于预先设置的低压范围内或预先设置的高压范围内。

函数确定单元32的一端与判断单元31相连接，另一端与第一拟合单元1相连接，用于当压强检测值位于预先设置的低压范围内时，确定吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635x⁴+6.235x³-2335x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值。

当压强检测值位于预先设置的高压范围内时，函数确定单元32确定吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

    +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006x₂ ⁴-0.000002x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

    -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

第二获取单元4用于获取待测气体的温度检测值。在本申请实施例中，第二获取单元4可以为温度传感器。此时，温度传感器直接实时测量待测气体的温度值，将测得的温度值作为温度检测值。

在实际操作过程中，可能因为外界因素干扰或者温度传感器等测量仪器故障等导致获取的温度检测值不准确。为了提高获取的温度检测值的准确性，本申请实施例提供一种第二获取单元。

图8为本申请实施例三提供的一种第一获取单元的详细结构示意图，该第一获取单元包括：温度检测单元41、第三计算单元42、温度判断单元43、第四计算单元44和温度确定单元45。

其中，第三计算单元42和温度检测单元41相连接；温度判断单元43和第三计算单元42相连接；第四计算单元44和温度判断单元43相连接；温度确定单元45和第四计算单元44相连接。

温度检测单元41主要是用来实时检测待测气体的温度值。在本申请实施例中，该温度检测单元41可以为温度传感器。

第三计算单元42和温度检测单元41相连接，第三计算单元42接收温度检测单元41发送的温度值，并且计算相邻两次检测得到的温度值的差值。

温度判断单元43和第三计算单元42相连接，温度判断单元43接收第三计算单元42发送的相邻两次检测得到的温度值的差值，并且判断该差值和预设差值的大小，得到判断结果。

第四计算单元44和第三判断单元43相连接，第四计算单元44用来接收第三判断单元43发送的判断结果，当差值小于预设差值时，计算相邻两次检测得到的温度值的均值。

温度确定单元45和第四计算单元44相连接，将接收到的第四计算单元44发送的温度值的均值确定为温度检测值。

计算单元5分别与第一获取单元2、第二获取单元4和函数确定单元32相连接，用于计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度。

图9为本申请实施例三提供的一种计算单元的详细结构示意图。如图9所示，计算单元包括：导数计算单元51、表达式计算单元52、获取单元53和气体浓度计算单元54。

其中，导数计算单元51分别与第一获取单元2、第二获取单元4和函数确定单元32相连接，获取单元53用于获取待测气体的二次谐波最大值，气体浓度计算单元54分别与导数计算单元51、表达式计算单元52、获取单元53和第二获取单元4相连接。

导数计算单元51分别与第一获取单元2、第二获取单元4和函数确定单元32相连接，导数计算单元51利用温度检测值和压强检测值，结合吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值。

表达式计算单元52的主要作用是根据已知气体浓度表达式计算气体浓度表达式。

获取单元53的主要作用是获取待测气体的二次谐波最大值。

气体浓度计算单元54分别与导数计算单元51、表达式计算单元52、获取单元53和第二获取单元4相连接，气体浓度计算单元54利用已知的标定气体的浓度、已知的标定气体的压强、已知的标定气体的二次谐波最大值、已知的标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值、待测气体的压强、待测气体的二次谐波最大值和待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合气体浓度表达式计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度。

由此可见，本申请实施例提供的一种气体浓度检测装置，该装置包括：第一获取单元、第二获取单元、第一拟合单元、第二拟合单元和计算单元，其中，第一拟合单元用来拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，第一获取单元和第二获取单元分别用来获取待测气体的压强检测值和温度检测值，第二拟合单元根据压强检测值拟合压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，最后由计算单元结合已知的气体浓度表达式计算温度检测值和压强检测值对应的待测气体的气体浓度，使得在测量待测气体的气体浓度时，对气体浓度算法进行温度压力补偿，从而保证气体浓度的测量精度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种气体浓度检测方法，其特征在于，包括：

拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线；

获取待测气体的压强检测值；

拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数；

获取所述待测气体的温度检测值；

计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，包括：

根据拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线，其中，所述S(T)是吸收谱线的谱线强度，所述

是吸收谱线线型函数；

所述

其中，所述P是辐射谱线的总功率，所述P(v)是辐射谱线频率为v时单位频率间隔内的功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，包括：

判断所述压强检测值是否位于预先设置的低压范围内或预先设置的高压范围内；

当所述压强检测值位于所述预先设置的低压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635x⁴+6.235x³-2335x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值；

当所述压强检测值位于所述预先设置的高压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

     +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006x₂ ⁴-0.000002x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

     -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，包括：

判断所述压强检测值是否位于所述预先设置的低压范围内；

当所述压强检测值位于所述预先设置的低压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10-⁹x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635x⁴+6.235x³-2335x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，包括：

判断所述压强检测值是否位于所述预先设置的高压范围内；

当所述压强检测值位于所述预先设置的高压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

     +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006x₂ ⁴-0.000002x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

     -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度，包括：

利用所述温度检测值和所述压强检测值，结合所述吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值；

根据已知气体浓度表达式计算气体浓度表达式；

获取所述待测气体的二次谐波最大值；

利用已知的标定气体的浓度、已知的标定气体的压强、已知的标定气体的二次谐波最大值、已知的标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值、所述待测气体的压强、所述待测气体的二次谐波最大值和所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合气体浓度表达式计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

7.一种气体浓度检测装置，其特征在于，包括第一拟合单元、第一获取单元、第二拟合单元、第二获取单元、计算单元，其中，

所述第一拟合单元用于拟合不同温度压强条件下的吸收系数曲线；

所述第一获取单元用于获取待测气体的压强检测值；

所述第二拟合单元与所述第一获取单元相连接，用于拟合所述压强检测值所在压强范围内的所有温度压强条件下的吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数；

所述第二获取单元用于获取所述待测气体的温度检测值；

所述计算单元分别与所述第一获取单元、所述第二获取单元和所述第二拟合单元相连接，用于计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二拟合单元包括：判断单元和函数确定单元，其中，

所述判断单元与所述第一获取单元相连接，用于判断所述压强检测值是否位于所述预先设置的低压范围内或所述预先设置的高压范围内；

所述函数确定单元的一端与所述第一拟合单元相连接，另一端与所述判断单元相连接，当所述压强检测值位于所述预先设置的低压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲线函数为：

f(x)=-2.871×10^-9x⁶+8.104×10^-6x⁵-0.009635x⁴+6.235x³-2335x²+5.094×10⁵x

     -5.388×10⁷，其中，x为温度值；

当所述压强检测值位于所述预先设置的高压范围内时，确定所述吸收系数二阶导数的曲面函数为：

f(x)=-92.76x₂+29.05x₂ ²+30.97x₁ ²x₂ ²-48.27x₁x₂ ²+0.14x₂ ³-0.04x₁ ³x₂ ³-0.24x₁x₂ ³+23.96x₁ ³x₂

     +0.16x₁ ²x₂ ³-8.95x₁ ³x₂ ²-0.00006x₂ ⁴-0.000002x₁ ⁴x₂ ⁴+0.000099x₁x₂ ⁴-7.04x₂x₁ ⁴

     -0.000063x₁ ²x₂ ⁴+0.99x₁ ⁴x₂ ²+0.000018x₁ ³x₂ ⁴+0.0046x₁ ⁴x₂ ³，其中，x₁为压强值，x₂为温度值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括：导数计算单元、表达式计算单元、获取单元和气体浓度计算单元，其中，

所述导数计算单元分别与所述第一获取单元、第二获取单元和函数确定单元相连接，用于利用所述温度检测值和所述压强检测值，结合所述吸收系数二阶导数的曲线或曲面函数，确定所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值；

表达式计算单元用于根据已知气体浓度表达式计算气体浓度表达式；

所述获取单元用于获取所述待测气体的二次谐波最大值；

所述气体浓度计算单元分别与导数计算单元、表达式计算单元、获取单元和第一获取单元相连接，用于利用已知的标定气体的浓度、已知的标定气体的压强、已知的标定气体的二次谐波最大值、已知的标定气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值、所述待测气体的压强、所述待测气体的二次谐波最大值和所述待测气体的吸收系数谱线线型二阶导数最大值，结合所述气体浓度表达式计算所述温度检测值和所述压强检测值对应的所述待测气体的气体浓度。

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