CN114199820B - 一种气体浓度的检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种气体浓度的检测方法和装置，该方法包括：通过激光器和已知浓度的气体得到吸收光谱的光信号，并将光信号转换为电信号，去除电信号中的低频锯齿波，对电信号中的高频分量再次进行行放大处理，从零相位开始对电信号中的高频信号进行采样，采样长度为一个锯齿波周期；按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量；将同向分量经低通滤波获取二次谐波；基于二次谐波中最大值和预设的阈值的关系，从二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度，根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定标定系数。并基于标定系数检测气体的浓度。由此，提高了气体浓度检测的准确度和速度。
Description
技术领域
本发明涉及气体同位素丰度检测领域，特别是涉及一种气体浓度的检测方法和装置。
背景技术
气体浓度在检测的过程中，通常采用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TuanbleDiode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)，具有无需预处理，选择性强，响应速度快，高准确度和高精度等特点，近年来在环境、医疗等检测领域得到了广泛应用。TDLAS从信号检测方法上主要分为直接吸收、频率调制和波长调制技术。
直接吸收光谱技术准确度低，计算量较大，容易产生拟合误差，频率调制技术采用的合适条件是采用一个同时大于吸收线宽的调制频率，但是较高的调制频率对仪器设备提出更高要求，从而增加***复杂性；波长调制光谱技术(WMS)具有的特点是在测量过程中将出现一个与目标气体浓度成正比的谐波信号，而不是在一个大的信号上面测量较小的变化，准确度也有待提升，由此如何提升气体浓度检测的准确度成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种气体浓度的检测方法和装置，解决了现有技术中气体浓度检测准确度低的问题，提升了气体浓度检测的准确度和运算的速度。具体技术方案如下：
一种气体浓度的检测方法，包括：
当接收到待检测的气体时，计算待检测的气体的吸收峰。
基于预设的标定系数和所述待检测的气体的吸收峰强度，确定待检测的气体的浓度。所述预设的标定系数为气体浓度和吸收峰强度的对应关系。
所述标定系数是根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定的，气体浓度和对应的吸收峰的确定过程包括：
通过低频锯齿波和高频正弦波对激光器输出的波长进行调制，基于调制后的激光器输出的信号和已知浓度的气体，得到带有吸收光谱的光信号，并通过探测器将所述光信号转换成电信号。
对所述电信号进行高通滤波，去除所述电信号中的低频锯齿波。
对所述电信号中的高频信号进行放大处理，从零相位开始对所述电信号中的高频信号进行采样。
按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量。
将所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
基于二次谐波中预设区间的吸收峰的最大值和对应的预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度。
可选的，所述正弦波和锯齿波的零相位是重合的。
可选的，所述基于二次谐波中最大值和预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度，包括：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值，每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将所述区间内的最大值作为第一峰值，将所述区间内第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值。
将所述第一峰值减去所述第一谷值和第二谷值的均值作为吸收峰强度。
可选的，所述基于二次谐波中最大值和预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度，包括：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值，每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为左谷值，将所述第三预设位置的二次谐波值作为右谷值。
将所述第二峰值减去所述左谷值和右谷值的均值作为该区间的吸收峰强度。
可选的，所述将所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波，包括：
通过巴特沃斯低通滤波器对所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
可选的，所述按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，得到同向分量，包括：
按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，将所述正弦波的一个周期的信号划分为第一周期和第二周期。所述第二周期在所述第一周期之后。
分别将第一周期和第二周期中的数据平均划分为两组，并将数据位置靠后的一组的数据取反。
一种气体浓度的检测装置，包括：
第一计算单元，用于当接收到待检测的气体时，计算待检测的气体的吸收峰。
确定单元，用于基于预设的标定系数和所述待检测的气体的吸收峰强度，确定待检测的气体的浓度。所述预设的标定系数为气体浓度和吸收峰强度的对应关系。
所述标定系数是根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定的，气体浓度和对应的吸收峰的确定过程是由标定单元确定的，所述标定单元包括：
探测单元，用于通过低频锯齿波和高频正弦波对激光器输出的波长进行调制，基于调制后的激光器输出的信号和已知浓度的气体，得到带有吸收光谱的光信号，并通过探测器将所述光信号转换成电信号。
第一低通滤波单元，用于对所述电信号进行高通滤波，去除所述电信号中的低频锯齿波。
放大单元，用于对所述电信号中的高频信号进行放大处理，从零相位开始对所述电信号中的高频信号进行采样，采样长度为一个锯齿波周期。
检波单元，用于按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量。
第二低通滤波单元，用于将所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
第二计算单元，用于基于二次谐波中预设区间的吸收峰的最大值和对应的预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度。
可选的，所述正弦波和锯齿波的零相位是重合的。
可选的，所述第一计算单元，包括：
第一检测子单元，用于检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值。每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
第一确定子单元，用于针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将所述区间内的最大值作为第一峰值，将所述区间内第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值。
第二确定子单元，用于将所述第一峰值减去所述第一谷值和第二谷值的均值作为吸收峰强度。
可选的，所述第一计算单元，包括：
第二检测子单元，用于检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值。每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
第三确定子单元，用于针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为第三谷值，将所述第三预设位置的二次谐波值作为第四谷值。
第四确定子单元，用于将所述第二峰值减去所述第三谷值和第四谷值的均值作为该区间的吸收峰强度。
可选的，所述第二低通滤波单元被配置为：
通过巴特沃斯低通滤波器对所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
可选的，所述检波单元被配置为：
按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，将所述正弦波的一个周期的信号划分为第一周期和第二周期。所述第二周期在所述第一周期之后。
分别将第一周期和第二周期中的数据平均划分为两组，并将数据位置靠后的一组的数据取反。
本发明实施例提供的一种气体浓度的检测方法和装置，通过滤除低频锯齿波，提高了信噪比，对正弦波进行放大处理提升了信号的有效位数，从零相位采集信号提升了二次谐波的幅度、降低了二次谐波的准确度，通过二次谐波中最大值和预设阈值的关系分别确定峰值和峰谷，能够进一步提升吸收峰的准确度。同时，通过二倍频的速度对正弦波进行检波运算，以及通过巴特沃斯低通滤波器提升了运算速度。由此，本实施例的方法提高了气体浓度检测的准确度和运算的速度。
当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种气体浓度的检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种气体浓度和对应的吸收峰的确定过程的流程图；
图3为本发明的一个可选实施例提供的滤除低频锯齿波的电信号的示意图；
图4为本发明的另一个可选实施例提供的通过巴特沃斯低通滤波器进行滤波的结果的示意图；
图5为本发明的另一个可选实施例提供的二次谐波的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种气体浓度的检测装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种气体浓度的检测方法，如图1所示，包括：
S101、当接收到待检测的气体时，计算待检测的气体的吸收峰。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述计算待检测的气体的吸收峰可以是采用预设浓度区间内的气体，通过图2所示的气体浓度和对应的吸收峰的确定过程，计算上述预设浓度区间内的待检测气体的吸收峰。
S102、基于预设的标定系数和待检测的气体的吸收峰强度，确定待检测的气体的浓度。预设的标定系数为气体浓度和吸收峰强度的对应关系。
可选的，在发明的一个可选实施例中，上述标定系数的获取方式可以是：对于上述步骤S101中获取的从低到高对应的气体浓度的吸收峰强度，将吸收峰强度作为横坐标，将气体浓度作为纵坐标，将两者进行线性拟合，获得上述标定系数。其中，不同成分的气体对应不同的标定系数。
可选的，在本发明的另一个可选实施例中，上述吸收峰强度可以是经过图1所示步骤S101计算的不同成分的气体的同为素的吸收峰强度，本发明在此不做过多赘述。
标定系数是根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定的，气体浓度和对应的吸收峰的确定过程，如图2所示，包括：
S201、通过低频锯齿波和高频正弦波对激光器输出的波长进行调制，基于调制后的激光器输出的信号和已知浓度的气体，得到带有吸收光谱的光信号，并通过探测器将光信号转换成电信号。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述调制后的激光器可以输出特定波长的激光。其具体调制过程可以是：在激光器中输入低频锯齿波和高频正弦波，并将低频锯齿波作为扫描信号，将高频正弦波与低频锯齿波进行叠加，从而使得激光器可以输出特定波长的激光。本发明通过对激光器进行调制，以使激光器可以输出特定波长的激光，从而提高了后续获取的数据的准确度。其中，上述低频锯齿波和高频正弦波的频率大小会对激光器输出的波长产生影响，优选的，可以采用10Hz的低频锯齿波与5kHz的高频正弦波对激光器输出的波长进行调制。
S202、对电信号进行高通滤波，去除电信号中的低频锯齿波。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述电信号中包含低频锯齿波和高频正弦波。本发明通过对电信号进行高通滤波，从而滤除电信号中的低频锯齿波，提高电信号的信噪比，进而提升后续数据处理的准确度。例如，对探测器输出的光谱电信号进行高通滤波，滤除10Hz的低频锯齿波，获得5kHz的高频正弦波信号。由于该高频正弦波信号幅值较小，因此通过信号放大器将该信号放大。如图3所示，可见图3中的低频锯齿波已经被滤除，提高了电信号中的信噪比，从而提高了后续数据处理的准确度。其中，上述进行高通滤波的方式可以是通过高通滤波器实现。
S203、对电信号中的高频信号进行放大处理，从零相位开始对电信号中的高频信号进行采样，采样长度为一个锯齿波周期。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述对电信号中的高频信号进行放大处理，可以提高高频正弦波的有效位数，提高了电信号的信噪比，从而提升了后续对高频正弦波处理结果的精度。
可选的，在本发明的另一个可选实施例中，为了降低后续获得的二次谐波的误差，现有技术采用从固定相位开始对高频正弦波进行采样。但是，由于某些固定相位上二次谐波幅值较小，会影响吸收峰强度的准确度。因此，在本可选实施例中，可以固定从零相位开始采集，从而在降低各周期之间的误差，进而保证各二次谐波周期之间的重叠性，同时保证获得的二次谐波的高幅值。其中，高频正弦波和锯齿波的零相位重合，并且从高频正弦波和锯齿波的零相位开始进行采集。
为了方便对上述图2所示步骤S203的理解，请结合图3对本发明的另一个可选实施例进行理解：
从零相位开始同步采集带有高频正弦波的吸收光谱信号，采集一个锯齿波周期的信号，其中，上述从零相位开始同步采集是从锯齿波和高频正弦波的零相位起始点开始采集。高频正弦波的形式为对高频正弦波进行均匀采样，其采样频率可以为5kHZ×32，以每个正弦波32个数据点，采集500个正弦波周期。采集一个锯齿波周期的信号共有16000个数据点，此周期信号涵盖了12C16O2、16O12C18O和13C16O2吸收光谱信息。
如图3所示，共采集12个周期信号，每个周期都是从零相位点开始采集，可见12组数据具有高重合性，为提高后续数据分析的稳定性和准确度提供了前提条件。
S204、按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述图2所示步骤S204的实施方式可以是按照正弦波二倍频的速度，对采集得到的信号进行检波运算，若采集的信号每个正弦波周期是32个数据点，二倍频的速度可以是将原32个数据为一个正弦波周期重新按顺序划分16个数据为一个小周期。其中，上述采样长度可以为一个锯齿波周期长度。
可选的，在本发明的另一个可选实施例中，上述在进行上述检波运算时，可以对二倍频得到的小周期进行不同的处理。可选的，上述步骤S204的实施方式可以是：
按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，将正弦波的一个周期的信号划分为第一周期和第二周期。其中，第二周期在第一周期之后。
分别将第一周期和第二周期中的数据平均划分为两组，并将数据位置靠后的一组中的数据取反。
例如：假设采集的信号每个正弦波周期是32个数据点，二倍频的速度是将原32个数据为一个正弦波周期重新按顺序划分16个数据为一个小周期，每个小周期的前8个数据不变，后8个数据乘以-1，运算后的结果即为上述同向分量。其中，上述乘以-1即为上述取反的操作。
S205、将同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述将同向分量进行低通滤波，得到二次谐波可以通过巴特沃斯低通滤波器实现。
例如，设置巴特沃斯低通滤波器的采用频率为160kHz，通带和阻带频率范围为0至500Hz，通带和阻带衰减范围为0.1至20。如图4所示，计算出巴特沃斯低通滤波器的两组滤波系数，该两组系数与同向分量进行加减乘的运算，此时获得的同向分量的二次谐波序列最大，正交分量的二次谐波最小。图4中实线为同向分量二次谐波，虚线为正交分量二次谐波。本发明通过上述设置，减少了正交分量部分的运算量，使得本发明相较于现有技术，提高了分析速度。
S206、基于二次谐波中预设区间的吸收峰的最大值和对应的预设的阈值的关系，从二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度。
可选的，在本发明的一个可选实施例中，上述确定峰值和谷值的实施方式可以是：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值，其中，每个预设区间内包括一个完整的峰和谷，每个预设区间均被预先设置了区间范围。
针对任意一个区间，在该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将该区间内的最大值作为第一峰值，并将该第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值。其中，获取上述最大值的方法可以是最值法
将上述第一峰值减去第一谷值均值，获得该区间的吸收峰强度，其中，上述第一谷值均值为上述第一谷值和第二谷值的均值。
例如，如图5所示，预先设置12C16O2、16O12C18O和13C16O2的峰区间范围分别是2000至6000、8000至12000和12500至16000，在每个区间内利用最值法获得该区域内的吸收峰的最大值，并将该最大值与预设的阈值2000进行比较。当最大值大于预设的阈值时，该最大值对应的气体的浓度高。
可选的，在本发明的另一个可选实施例中，上述确定峰值和估值的实施方式还可以是：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值，其中，每个预设区间内包括一个完整的峰和谷。
针对任意一个区间，在该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为左谷值，将第三预设位置的二次谐波作为右谷值。
将上述第二峰值减去第二谷值均值，获得该区间的吸收峰强度，其中，上述第二谷值均值为上述左谷值和右谷值的均值。
例如，如图5所示，设置12C16O2二次谐波的第一预设位置处的值为上述第二峰值，将第一预设位置左侧的第二预设位置的二次谐波作为左谷值，将第一预设位置右侧的第三预设位置的二次谐波作为右谷值。
可选的，在本发明的另一个可选实施例中，根据峰值Vpeak、第一谷值/左谷值和第二谷值/右谷值/>计算吸收峰强度A：
可选的，在本发明的另一个可选实施例中，
本发明通过滤除低频锯齿波，提高了信噪比，对正弦波进行放大处理提升了信号的有效位数，从零相位采集信号提升了二次谐波的幅度、降低了二次谐波的准确度，通过二次谐波中最大值和预设阈值的关系分别确定峰值和峰谷，能够进一步提升吸收峰的准确度。同时，通过二倍频的速度对正弦波进行检波运算，以及通过巴特沃斯低通滤波器提升了运算速度。由此，本实施例的方法提高了气体浓度检测的准确度和运算的速度。
可选的，正弦波和锯齿波的零相位是重合的。
可选的，基于二次谐波中最大值和预设的阈值的关系，从二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度，包括：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值，每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将区间内的最大值作为第一峰值，将区间内第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值。
将第一峰值减去第一谷值和第二谷值的均值作为吸收峰强度。
可选的，基于二次谐波中最大值和预设的阈值的关系，从二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度，包括：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值，每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为左谷值，将第三预设位置的二次谐波值作为右谷值。
将第二峰值减去左谷值和右谷值的均值作为该区间的吸收峰强度。
可选的，将同向分量进行低通滤波，得到二次谐波，包括：
通过巴特沃斯低通滤波器对同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
可选的，按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，得到同向分量，包括：
按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，将正弦波的一个周期的信号划分为第一周期和第二周期。第二周期在第一周期之后。
分别将第一周期和第二周期中的数据平均划分为两组，并将数据位置靠后的一组的数据取反。
本发明通过滤除低频锯齿波，提高了信噪比，对正弦波进行放大处理提升了信号的有效位数，从零相位采集信号提升了二次谐波的幅度、降低了二次谐波的准确度，通过二次谐波中最大值和预设阈值的关系分别确定峰值和峰谷，能够进一步提升吸收峰的准确度。同时，通过二倍频的速度对正弦波进行检波运算，以及通过巴特沃斯低通滤波器提升了运算速度。由此，本实施例的方法提高了气体浓度检测的准确度和运算的速度。
与上述气体浓度的检测方法实施例相对应，本发明还提供一种气体浓度的检测装置，如图6所示，包括：
第一计算单元601，用于当接收到待检测的气体时，计算待检测的气体的吸收峰。
确定单元602，用于基于预设的标定系数和待检测的气体的吸收峰强度，确定待检测的气体的浓度。预设的标定系数为气体浓度和吸收峰强度的对应关系。
标定系数是根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定的，气体浓度和对应的吸收峰的确定过程是由标定单元603确定的，标定单元603包括：
探测单元604，用于通过低频锯齿波和高频正弦波对激光器输出的波长进行调制，基于调制后的激光器输出的信号和已知浓度的气体，得到带有吸收光谱的光信号，并通过探测器将光信号转换成电信号。
第一低通滤波单元605，用于对电信号进行高通滤波，去除电信号中的低频锯齿波。
放大单元606，用于对电信号中的高频信号进行放大处理，从零相位开始对电信号中的高频信号进行采样，采样长度为一个锯齿波周期。
检波单元607，用于按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量。
第二低通滤波单元608，用于将同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
第二计算单元609，用于基于二次谐波中预设区间的吸收峰的最大值和对应的预设的阈值的关系，从二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度。
可选的，正弦波和锯齿波的零相位是重合的。
可选的，第一计算单元601，包括：
第一检测子单元，用于检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值。每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
第一确定子单元，用于针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将区间内的最大值作为第一峰值，将区间内第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值。
第二确定子单元，用于将第一峰值减去第一谷值和第二谷值的均值作为吸收峰强度。
可选的，第一计算单元601，包括：
第二检测子单元，用于检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值。每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷。
第三确定子单元，用于针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为第三谷值，将第三预设位置的二次谐波值作为第四谷值。
第四确定子单元，用于将第二峰值减去第三谷值和第四谷值的均值作为该区间的吸收峰强度。
可选的，第二低通滤波单元608被配置为：
通过巴特沃斯低通滤波器对同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
可选的，检波单元607被配置为：
按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，将正弦波的一个周期的信号划分为第一周期和第二周期。第二周期在第一周期之后。
分别将第一周期和第二周期中的数据平均划分为两组，并将数据位置靠后的一组的数据取反。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，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。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种气体浓度的检测方法，其特征在于，包括：
当接收到待检测的气体时，计算待检测的气体的吸收峰；
基于预设的标定系数和所述待检测的气体的吸收峰强度，确定待检测的气体的浓度；所述预设的标定系数为气体浓度和吸收峰强度的对应关系；
所述标定系数是根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定的，气体浓度和对应的吸收峰的确定过程包括：
通过低频锯齿波和高频正弦波对激光器输出的波长进行调制，基于调制后的激光器输出的信号和已知浓度的气体，得到带有吸收光谱的光信号，并通过探测器将所述光信号转换成电信号；
对所述电信号进行高通滤波，去除所述电信号中的低频锯齿波；
对所述电信号中的高频信号进行放大处理，从零相位开始对所述电信号中的高频信号进行采样，采样长度为一个锯齿波周期；
按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量；
将所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波；
基于二次谐波中预设区间的吸收峰的最大值和对应的预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度；
所述基于二次谐波中最大值和预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度，包括：
检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值；每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷；
针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将所述区间内的最大值作为第一峰值，将所述区间内第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值；将所述第一峰值减去所述第一谷值和第二谷值的均值作为吸收峰强度；
针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为左谷值，将第三预设位置的二次谐波值作为右谷值；将所述第二峰值减去所述左谷值和右谷值的均值作为该区间的吸收峰强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述正弦波和锯齿波的零相位是重合的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波，包括：
通过巴特沃斯低通滤波器对所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，得到同向分量，包括：
按照正弦波二倍频的速度对采集的信号进行检波运算，将所述正弦波的一个周期的信号划分为第一周期和第二周期；所述第二周期在所述第一周期之后；
分别将第一周期和第二周期中的数据平均划分为两组，并将数据位置靠后的一组的数据取反。
5.一种气体浓度的检测装置，其特征在于，包括：
第一计算单元，用于当接收到待检测的气体时，计算待检测的气体的吸收峰；
确定单元，用于基于预设的标定系数和所述待检测的气体的吸收峰强度，确定待检测的气体的浓度；所述预设的标定系数为气体浓度和吸收峰强度的对应关系；
所述标定系数是根据不同气体浓度和对应的吸收峰强度确定的，气体浓度和对应的吸收峰的确定过程是由标定单元确定的，所述标定单元包括：
探测单元，用于通过低频锯齿波和高频正弦波对激光器输出的波长进行调制，基于调制后的激光器输出的信号和已知浓度的气体，得到带有吸收光谱的光信号，并通过探测器将所述光信号转换成电信号；
第一低通滤波单元，用于对所述电信号进行高通滤波，去除所述电信号中的低频锯齿波；
放大单元，用于对所述电信号中的高频信号进行放大处理，从零相位开始对所述电信号中的高频信号进行采样，采样长度为一个锯齿波周期；
检波单元，用于按照正弦波二倍频的速度对采样得到的信号进行检波运算，得到同向分量；
第二低通滤波单元，用于将所述同向分量进行低通滤波，得到二次谐波；
第二计算单元，用于基于二次谐波中预设区间的吸收峰的最大值和对应的预设的阈值的关系，从所述二次谐波中确定峰值和谷值，并根据峰值和谷值计算吸收峰强度；
所述第一计算单元，包括：
第一检测子单元，用于检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值；每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷；
第一确定子单元，用于针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值大于对应的预设的阈值，则将所述区间内的最大值作为第一峰值，将所述区间内第一峰值左右两侧的最小值分别作为第一谷值和第二谷值；
第二确定子单元，用于将所述第一峰值减去所述第一谷值和第二谷值的均值作为吸收峰强度；
所述第一计算单元，包括：
第二检测子单元，用于检测二次谐波中每个预设区间的吸收峰的最大值；每个预设的区间内包括一个完整的峰和谷；
第三确定子单元，用于针对任意一个区间，若该区间内的吸收峰的最大值不大于对应的预设的阈值，则将该区间内第一预设位置的二次谐波作为第二峰值，将第二预设位置的二次谐波作为第三谷值，将第三预设位置的二次谐波值作为第四谷值；
第四确定子单元，用于将所述第二峰值减去所述第三谷值和第四谷值的均值作为该区间的吸收峰强度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述正弦波和锯齿波的零相位是重合的。
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| CN202111485694.9A CN114199820B (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种气体浓度的检测方法和装置 |
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| CN114199820A (zh) | 2022-03-18 |
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