CN117405627A - 一种气体质量激光分析***及分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种气体质量激光分析***及分析方法，属于气体质量分析技术领域。***包括：第一透镜，其将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射，调频调幅激光信号中频率调制信号的频率为，幅度调制信号的频率为；第二透镜，其接收折射回来的调频调幅激光信号并传送给光电转换器；光电转换器，其将折射回来的调频调幅激光信号转换为接收的电信号；处理器包括数据处理单元，其根据从电信号中检出的第一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度，第一信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号；第二信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号。在被测气体某种成分浓度较高时，本发明也能精确地测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体质量激光分析***及分析方法，属于气体质量分析技术领域。
背景技术
公开号为CN114441476A的中国发明专利申请公开了一种智慧工地环境综合监测***，其通过如下步骤测量气体包含某种成分的浓度：发射一束激光穿过待测气体区域；调谐激光束频率至待测气体吸收效果明显的频率范围；测量激光光束吸收后光强；根据公式I＝I0EXP[-a(v)L]＝I0EXP[-PXSLj(v)]，即可计算气体摩尔体积分数X；其中，I为激光光束吸收后光强，I0是没有气体吸收时强度，a(v)是光谱吸收系数，a(v)＝PXS，P为压强，X为气体的摩尔体积分数，S为吸收谱线强度，j(v)为吸收谱线的线性函数，L为光程。
现有技术提供的上述测量方法，当被测气体的某种成分浓度为高浓度时，测量精度显著降低。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明的发明目的是提供一种气体质量激光分析***及分析方法，在被测气体包含的某种成分的浓度为高浓度时，测量精度仍然很高。
为实现所述发明目的，本发明提供一种气体质量激光分析***，其包括：第一透
镜，其将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射，调频调幅激光信号中调频信号的频
率为，调幅信号的频率为；第二透镜，其接收折射回来的调频调幅激光信号并传送给光
电转换器；光电转换器，其将折射回来的调频调幅激光信号转换为接收的电信号；处理器，
其包括数据处理单元，数据处理单元被配置为根据从接收的电信号中检出的第一信号和第
二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度，第一信号为从接收的电信号中取
出的频率为的电信号；第二信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号。
优选地，数据处理单元包括数据预处理模块、神经网络和输出模块，所述数据预处
理模块获取第一信号的幅度,获取第二信号的幅度；
神经网络包括输入层、函数层和输出层，其中输入层输入第一信号的幅度和第
二信号的幅度，函数层的函数关系为：,式中，C为被测气体包
含的某种成分的浓度，为调频调幅激光信号的幅度调制度；L为光路长度；为频率下的被测气体包含的某种成分的吸光度,为调频调幅激光信号的频率调制度;表示优化的损失函数；,为调频调幅激光信号的调
制幅度；为被测气体的包含的某种成分吸收光谱的半峰全宽；为训练次数；输出层向输
出模块输出被测气体包含的某种成分的浓度C。
优选地，是的整数倍。
优选地，调频调幅激光信号的载频信号为被测气体包含的某种成分吸收光谱的中
心频率；为被测气体的包含的某种成分的吸收光谱的半峰全宽的2.2倍。
优选地，处理器还包括控制字产生成单元，所述控制字产生单元被配置为产生第
一控制字PF；调频信号由调频信号产生器产生，调频信号产生器根据第一控制字生成频率
为的调频信号；调频信号产生器包括：第一直接数字频率合成器、Q-1个加法器、Q-1个锁
相环路、时钟源和选择开关，其中，时钟源被配置为产生固定频率信号；第一直接数字频率
合成器根据处理器提供的第一控制字PF产生第一频偏信号并分别提供给Q-1个加法器；每
个锁相环路分别根据时钟源产生的固定频率信号和分频值产生1个分频信号；每个加法器
分别用于将第一频偏信号、1个分频信号和固定频率信号求和并通过选择开关提供频率为的调频信号。
优选地，所述控制字产生单元还被配置为产生第二控制字PA，调幅信号由调幅信
号产生器产生，调幅信号产生器包括第二直接数字频率合成器、混频器、倍频器和跟踪带通
滤波器，其中，第二直接数字频率合成器根据处理器提供的第二控制字PA产生第二频偏信
号并提供给混频器；倍频器用于对频率为的调频信号进行K倍频并提供给混频器；混频器
用于对倍频器和直接数字频率合成器提供的信号进行混频并经跟踪带通滤波器滤波以产
生频率为的调幅信号。
优选地，跟踪带通滤波器包括第二鉴频器、带通滤波器控制电路和带通滤波器，所述第二鉴频器用于鉴别混频器输出信号的中心频率，并输出电压随中心频率变化的电压信号VPF,所述电压信号VPF提供给带通滤波器控制电路, 带通滤波器控制电路将该电压与一直流电压线性叠加生成控制电压而后提供给带通滤波器，所述带通滤波器根据控制电压调整中心工作频率，以使其对输入的信号进行跟踪滤波。
为实现所述发明目的，本发明还提供一种气体质量激光分析方法，其包括如下步骤：
通过第一透镜将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射，调频调幅激光信号
中调频信号的频率为，调幅信号的频率为；
通过第二透镜接收折射回来的调频调幅激光信号并传送给光电转换器；
通过光电转换器将折射回来的调频调幅激光信号转换为接收的电信号；
通过数据处理单元根据从接收的电信号中检出的第一信号和第二信号的幅度比
值计算被测气体包含的某种成分的浓度，第一信号为从接收的电信号中取出的频率为
的电信号；第二信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号
与现有技术相比，本发明提供的气体质量激光分析***及分析方法具有如下有益效果：
本发明通过第一透镜将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射，调频调幅激
光信号中调频信号的频率为，调幅信号的频率为；通过第二透镜接收折射回来的调频调
幅激光信号并传送给光电转换器；通过光电转换器将折射回来的调频调幅激光信号转换为
接收的电信号；通过数据处理单元被配置为根据第一信号和第二信号的幅度比值计算被测
气体包含的某种成分的浓度，第一信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号；第
二信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号，因此在被测气体的浓度为高浓度
时，测量精度仍然很高。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图；
图2是本发明第一实施例提供的载频信号产生器的组成框图；
图3是本发明第一实施例提供的调频信号产生器的组成框图；
图4是本发明第一实施例提供的调幅信号产生器的组成框图；
图5是本发明第一实施例提供的带通滤波器的电路图；
图6是本发明第二实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图；
图7是本发明第三实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图；
图8是本发明第四实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
图1是本发明第一实施例提供的空气质量激光分析***的组成框图，如图1所示，
本发明提供气体质量激光分析***包括：处理器，所述处理器包括控制字产生成单元，所述
控制字产生单元被配置为产生控制字P0、控制字PF和控制字PA；载频信号产生器，其被配置
为根据处理器提供的控制字P0产生频率为的载频信号；调频信号产生器，其根据控制字PF
生成频率为的调频信号,调频信号为等幅的正弦波或者余弦波；调幅信号产生器，其根据
控制字PA生成频率为的调幅信号，调幅信号为等幅的正弦波或余弦波；调频电路，其利用
频率为的调频信号对频率为的载频信号进行调频得到频率调制信号；调幅电路，其利
用频率为的调幅信号对频率调制信号进行调幅得到调频调幅信号；电光转换器，其将调
频调幅信号转换为调频调幅激光信号；光放大器，其用于对光电转换器提供的调频调幅激
光信号进行放大；第一透镜，其将光放大器提供的调频调幅激光信号向气体容器中的被检
测的气体进行照射，第一透镜将从光放大器射出的激光转换为平行光，第一透镜例如准直
透镜、抛物面镜等；气体容器，其用于存放被检测气体，其内设置有直角折射镜，直角折射镜
用于将第一透镜投射来的调频调幅激光信号进行两次折射，而后入射到第二透镜；第二透
镜，其接收折射回来的调频调幅激光信号并传送给光电转换器，第二透镜例如聚光透镜、抛
物面镜等，激光的光路长度L为从第一透镜的出光口到激光投射到折射镜的第一折射面的
光斑的距离、激光投射折射镜的第一折射面的光斑到激光被第一折射面折射到第二折射面
的光斑的距离和激光在折射镜的第二折射面的光斑到第二透镜入光口的距离之和；光电转
换器，其将折射回来的调频调幅激光信号转换为接收的电信号；第一鉴频器，其从接收的电
信号提取出频率为的第一信号；检测器，其从接收的电信号提取出频率的第二信号，检
波器优选幅度检波器；处理器还包括数据处理单元，数据处理单元被配置为根据第一信号
和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度，处理器根据被测气体包含的
多种成分的浓度评估被测气体的质量，例如被测气体包含的有害气体成分的浓度超过第阈
值时，则说明气体质量达不到要求，需要净化；气泵驱动器，其根据处理器提供的控制指令
产生驱动气泵工作的驱动信号；气泵，其根据气泵驱动器提供的驱动信号将包含被测多种
成分的气体抽入气体容器中。
被测气体为空气的情况下，空气包含氮气、氧气、二氧化碳以及其他物质，其他物质包括由工厂排出的有害气体。
第一实施例中，电光转换器输出的信号在达到设置功率的情况下同，光放大器可以省略。电光转换器例如为半导体激光器。光电转换器例如为光电二极管、光电三极管放大器等；处理器例如CPU、FPGA、LSI、ASIC等。
第一实施例中，优选地，是的整数倍；频率为的载频信号为被测气体所包含
的某种成分的吸收光谱的中心频率；为被测气体所包含的某种成分的吸收光谱的半峰全
宽的2.2倍。
具体地，数据处理单元根据第一信号和第二信号的幅度的比值计算被测气体包含
的某种成分的浓度，数据处理单元包括数据预处理模块、神经网络和输出模块，所述数据预
处理模块根据第一信号获取其幅度,根据第二信号获取其幅度；
神经网络包括输入层、函数层和输出层，其中输入层输入第一信号的幅度和第
二信号的幅度，函数层的函数关系为：,式中，C为被测气体包
含的某种成分的浓度，为调频调幅激光信号的幅度调制度；L为光路长度；为频率下的被测气体包含的某种成分的吸光度,为调频调幅激光信号的频率调制度;表示优化的损失函数；,为调频调幅激光信号的调
制幅度；为被测气体的吸收光谱的半峰全宽；为训练次数；输出层向输出模块输出被测
气体包含的某种成分的浓度C。
本发明第一实施例中，载频信号产生器可以使用任意波形产生器、函数产生器等，也可以使用图2中所示的载频信号产生器。
图2是本发明第一实施例提供的载频信号产生器的组成框图，如图2所示，载频信号产生器包括相位累加器、正弦查找表、数模转换器D/A和低通滤波器LPF，其中，正弦查找表用于存储经量化和离散后的正弦函数的幅值；相位累加器在参考时钟的作用下，以处理器提供的频率控制字P0作为步长，对初始相位进行累加输出N位二进制码；以N位二进制码作为正弦查找表的地址，对正弦查找表进行寻址，正弦查找表输出对应于所寻址的D位幅度码; 数模转换器对幅度码进行模数转换转换为阶梯波; 低通滤波器对阶梯波进行滤波得到合成频率为f0的载频信号。
通过本发明第一实施例提供的载频信号产生器能够精确地产生被测气体所包含的某种成分的吸收光谱的中心频率。
本发明第一实施例中，调频信号产生器可以使用任意波形产生器、函数产生器等，也可以使用图3中所示的调频信号产生器。
图3是本发明第一实施例提供的调频信号产生器的组成框图，如图3所示，调频信
号产生器包括：第一直接数字频率合成器、Q-1个加法器、Q-1个锁相环路、时钟源和选择开
关K，其中，时钟源被配置为产生固定频率信号；第一直接数字频率合成器根据处理器提供
的第一控制字PF产生第一频偏信号并分别提供给Q-1个加法器；每个锁相环路根据时钟源
产生的固定频率信号和分频值产生1个分频信号；每个加法器用于将第一频偏信号、1个分
频信号和固定频率信号求和并通过选择开关K提供频率为的调频信号，调频信号为等幅
的正弦波或者余弦波。
可选地，第一直接数字频率合成器根据处理器提供的第一控制字PF产生第一频偏信号经另一选择开关并分别提供给Q-1个加法器，该另一选择开关根据处理器提供的控制信号选择性地将Q-1个加法器连接于第一直接数字频率合成器。
Q-1个锁相环路组成相同，例如第一锁相环路包括：分频比均为2的第一分频器和第二分频器、鉴相器PD2、低通滤波器LPF2和压控振荡器VCO2，调频信号产生器还包括时种源，时钟源用于产生固定频率信号并通过分频比为2的第一分频器分频而后提供给鉴相器PD2；压控振荡器VCO2根据参考电压V2和低通滤波器LPF2提供的电压产生高频信号，该高频信号经分频比为2的第二分频器分频而后提供的鉴相器PD2，鉴相器PD2比较分频比为2的第二分频器提供的信号和分频比为2的第一分频器提供的信号的相位并经低通滤波器LPF2滤除高频从而产生电压与相差成比例的电压信号，该电压信号与参考电压V2叠加以进一步控制VCO2产生的分频信号，该分频信号提供给加法器。第q锁相环路包括：分频比均为q的第一分频器和第二分频器、鉴相器PDq、低通滤波器LPFq、压控振荡器VCOq，分频比为q的第一分频器时钟源提供的固定频率信号进行分频而后提供给鉴相器PDq;压控振荡器VCOq根据参考电压Vq和低通滤器提供的电压产生高频信号，该高频信号经分频比为q的第二分频器提供给鉴相器PDq,压控振荡器VCOq根据参考电压Vq和低通滤波器LPFq提供的电压产生高频信号，该高频信号经分频比为q的第二分频器分频而后提供的鉴相器PDq，鉴相器PDq比较分频比为q的第二分频器提供的信号和分频比为q的第一分频器提供的信号的相位并经低通滤波器LPFq滤除高频从而产生电压与相差成比例的电压信号，该电压信号与参考电压Vq叠加以进一步控制VCOq产生的分频信号，该分频信号提供给加法器。第Q锁相环路包括：分频比均为Q的第一分频器和第二分频器、鉴相器PDQ、低通滤波器LPFQ和压控振荡器VCOQ，时钟源产生的固定频率信号通过分频比为Q的第一分频器分频而后提供给鉴相器PDQ；压控振荡器VCOQ根据参考电压VQ和低通滤波器LPFQ提供的电压产生高频信号，该高频信号经分频比为Q的第二分频器分频而后提供的鉴相器PDQ，鉴相器PDQ比较分频比为Q的第二分频器提供的信号和分频比为Q的第一分频器提供的信号的相位并经低通滤波器LPFQ滤除高频从而产生电压与相差成比例的电压信号，该电压信号与参考电压VQ叠加以进一步控制VCOQ产生的分频信号，该分频信号提供给加法器。第一实施例中，q=2,3,…,Q。
通过本发明第一实施例提供的调频信号产生器能够精确地产生相应于被测气体所包含的某种成分的吸收光谱宽度的频率调制信号，从而提高了测量的精度。
本发明第一实施例中，调幅信号产生器可以使用任意波形产生器、函数产生器等，也可以使用图4中所示的调幅信号产生器。
图4是本发明第一实施例提供的调幅信号产生器的组成框图，如图4所示，调幅信
号产生器包括第二直接数字频率合成器、混频器、倍频器和跟踪带通滤波器，其中，第二直
接数字频率合成器根据处理器提供的控制字PA产生第二频偏信号并提供给混频器；倍频器
用于对频率为的频率调制信号进行K倍频并提供给混频器；混频器用于对倍频器和直接
数字频率合成器提供的信号进行混频并经跟踪带通滤波器滤波以产生频率为的调幅信
号。
第一实施例中，跟踪带通滤波器包括第二鉴频器、带通滤波器控制电路和带通滤波器，所述第二鉴频器用于鉴别混频器输出信号的中心频率，并输出电压随中心频率变化的电压信号VPF,所述电压信号VPF提供给带通滤波器控制电路, 带通滤波器控制电路将该电压与一直流电压线性叠加生成控制电压而后提供给带通滤波器，所述带通滤波器根据控制电压调整中心工作频率，以使其对输入的信号进行跟踪滤波。
图5是本发明第一实施例提供的带通滤波器的电路。第一实施例提供的带通滤波
器包括电感L、电容C、变容二极管D1和电阻R1，其中，电容C和变容二极管D1相串联组成串联
支路，串联支路与电感L相并联，如此可组成由电压控制的带通滤波器，混频器的输出连接
输入端in, 输入端in连接于电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接于输出端out,所述输出
端out输出频率为的调幅信号。电阻R1的第二端同时经电感L连接于地。电阻R2的第一端
连接于电容C和变容二极管D1相串联的中间节点上，电阻R2的第二端连接控制电路。
仍如图5所示，本发明提供的带通波滤器控制电路包括叠加器，所述叠加器用于使
第二鉴频器输出的电压VPF与设定的直流电压相加而后经放大施加于变容二极管D1两端，
以使变容二极管的电容随着混频器输出的中心频率变化而变化，从而改变带通滤波器的中
心工作频率。叠加器包括运算放大器IC、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻RW，其中，电
阻R3的第一端连接于运算放大器IC的反相输入端，第二端连接于运算放大器IC的输出端，
第二鉴频器的输出端经电阻R5连接于运算放大器的同相输入端；电阻RW和电阻R4相串联并
连接于电源ECC和地之间，电阻RW和电阻R4相串联的中间节点连接于运算放大器的同相输
入端，以给运算放大器IC提供直流电压：,该直流电压与VPF相加而后经
比例放大后经电阻R2施加于变容二极管。第一实施例中，电阻RW值由处理器根据程序进行
控制。
本发明还提供一种气体质量激光分析方法，其包括如下步骤：产生第一控制字和
第二控制字；根据第一控制字生成频率为的调频信号；根据第二控制字生成频率为的调
幅信号；利用频率为的调频信号对频率为的载频信号进行调频得到频率调制信号；利
用频率为的调幅信号对频率调制信号进行调幅得到调频调幅电信号；将调频调幅电信号
转换为调频调幅激光信号；将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射；接收折射回来
的调频调幅激光信号并转换为接收的电信号；从接收的电信号提取出频率为的第一信
号以及频率的第二信号；根据第一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体的浓度。
第二实施例
在本发明第二实施例中仅描述与本发明第一实施例不同的部分，相同的部分不再重复描述。
图6是本发明第二实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图。与第一实施例相比，第二实施例提供的气体质量激光分析***中，省略了调幅电路。第二实施例中，电光转换器将调频电路产生频率调制信号转换为调频激光信号；调幅信号产生器提供的幅度调制信号控制光放大器电源电压或者驱动电流，从而由光放大器输出的信号为调频调幅激光信号。
本发明第二实施例还提供了一种气体质量激光分析方法，其包括如下步骤：产生
第一控制字和第二控制字；根据第一控制字生成频率为的调频信号；根据第二控制字生
成频率为的调幅信号；利用频率为的调频信号对频率为的载频信号进行调频得到频
率调制信号；将频率调制信号转换为调频激光信号而后提供给光放大器；利用频率为的
调幅信号对光放器的电源电压或者驱动电流进行控制，从而得到调频调幅激光信号；将调
频调幅激光信号向被检测的气体进行照射；接收折射回来的调频调幅激光信号并转换为接
收的电信号；从接收的电信号提取出频率为的第一信号以及频率的第二信号；根据第
一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度。
本发第二实施例提供的气体质量激光分析***由于省略了调幅电路，从而降低了成本。
第三实施例
在本发明第三实施例中仅描述与本发明第二实施例不同的部分，相同的部分不再重复描述。
图7是本发明第三实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图。与第二实施
例相比，第三实施例提供的气体质量激光分析***中，由同步检波器代替了第二鉴频器和
检波器，第三实施例中，同步检波器从放大器输出的信号中检波出频率为的第一信号和
频率为的第二信号，处理器的数据处理单元根据第一信号和第二信号的幅度的比值确定
被测气体包含的某种成分的浓度。
本发明第二还提供一种气体质量激光分析方法，其包括如下步骤：产生第一控制
字和第二控制字；根据第一控制字生成频率为的调频信号；根据第二控制字生成频率为
的调幅信号；利用频率为的调频信号对频率为的载频信号进行调频得到频率调制信
号；将频率调制信号转换为调频激光信号而后提供给光放大器；利用频率为的幅度调制
信号对光放器的电源或者驱动电流进行控制，从而得到调频调幅激光信号；将调频调幅激
光信号向被检测的气体进行照射；接收折射回来的调频调幅激光信号并转换为接收的电信
号；利用同步检波器从接收的电信号中提取出频率为的第一信号以及频率的第二信
号；根据第一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度。
本发第三实施例提供的气体质量激光分析***由于由同步检波器代替了第二鉴频器和检波器，进一步降低了成本。
第四实施例
在本发明第四实施例中仅描述与本发明第三实施例不同的部分，相同的部分不再重复描述。
图8是本发明第四实施例提供的气体质量激光分析***的组成框图。与第三实施
例相比，省略了同步检波器，放大器输出的信号直接提供给处理器，处理器的数据处理单元
的数据预处理模块对放大器提供的信号进行FFT（Fast Fourier Transform：快速傅里叶变
换）的处理，检测从放大器输出的信号中包含的频率为的第一信号和频率为的第二信
号。
本发明第二还提供一种气体质量激光分析方法，其包括如下步骤：产生第一控制
字和第二控制字；根据第一控制字生成频率为的调频信号；根据第二控制字生成频率为
的调幅信号；利用频率为的调频信号对频率为的载频信号进行调频得到频率调制信
号；将频率调制信号转换为调频激光信号而后提供给光放大器；利用频率为的幅度调制
信号对光放器的电源或者驱动电流进行控制，从而得到调频调幅激光信号；将调频调幅激
光信号向被检测的气体进行照射；接收折射回来的调频调幅激光信号并转换为接收的电信
号；对接收的电信号进行FFT变换，提取出频率为的第一信号以及频率的第二信号；根
据第一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度。
本发第三实施例提供的气体质量激光分析***省略了同步检波器，通过软件的方
式获取频率为的第一信号和频率为的第二信号，进一步通过第一信号和第二信号的幅
度比值确定被测气体包含的某种成分的浓度，更进一步降低了成本。
以上结合附图，详细说明了本发明的工作原理。但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种气体质量激光分析***，其特征在于，包括：第一透镜，其将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射，调频调幅激光信号中调频信号的频率为，调幅信号的频率为/>；第二透镜，其接收折射回来的调频调幅激光信号并传送给光电转换器；光电转换器，其将折射回来的调频调幅激光信号转换为接收的电信号；处理器，其包括数据处理单元，数据处理单元被配置为根据从接收的电信号中检出的第一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度，第一信号为从接收的电信号中取出的频率为/>的电信号；第二信号为从接收的电信号中取出的频率为/>的电信号。
2.根据权利要求1所述的气体质量激光分析***，其特征在于，数据处理单元包括数据预处理模块、神经网络和输出模块，所述数据预处理模块获取第一信号的幅度,获取第二信号的幅度/>；
神经网络包括输入层、函数层和输出层，其中输入层输入第一信号的幅度和第二信号的幅度/>，函数层的函数关系为：/>,式中，C为被测气体包含的某种成分的浓度，/>为调频调幅激光信号的幅度调制度；L为光路长度；/>为频率/>下的被测气体包含的某种成分的吸光度,/>为调频调幅激光信号的频率调制度;/>表示优化的损失函数；/>,/>为调频调幅激光信号的调制幅度；为被测气体的包含的某种成分吸收光谱的半峰全宽；/>为训练次数；输出层向输模块输出被测气体包含的某种成分的浓度C。
3.根据权利要求2所述的气体质量激光分析***，其特征在于，是/>的整数倍。
4.根据权利要求1所述的气体质量激光分析***，其特征在于，调频调幅激光信号的载频信号为被测气体包含的某种成分吸收光谱的中心频率；/>为被测气体的包含的某种成分的吸收光谱的半峰全宽的2.2倍。
5.根据权利要求1所述的气体质量激光分析***，其特征在于，处理器还包括控制字产生成单元，所述控制字产生单元被配置为产生第一控制字PF；调频信号由调频信号产生器产生，调频信号产生器根据第一控制字PF生成频率为的调频信号；调频信号产生器包括：第一直接数字频率合成器、Q-1个加法器、Q-1个锁相环路、时钟源和选择开关K，其中，时钟源被配置为产生固定频率信号；第一直接数字频率合成器根据第一控制字PF产生第一频偏信号并分别提供给Q-1个加法器；每个锁相环路根据时钟源产生的固定频率信号和分频值产生1个分频信号；每个加法器用于将第一频偏信号、1个分频信号和固定频率信号求和并通过选择开关提供频率为/>的调频信号。
6.根据权利要求5所述的气体质量激光分析***，其特征在于，所述控制字产生单元还被配置为产生第二控制字PA，调幅信号由调幅信号产生器产生，调幅信号产生器包括第二直接数字频率合成器、混频器、倍频器和跟踪带通滤波器，其中，第二直接数字频率合成器根据第二控制字PA产生第二频偏信号并提供给混频器；倍频器用于对频率为的调频信号进行K倍频并提供给混频器；混频器用于对倍频器和直接数字频率合成器提供的信号进行混频并经跟踪带通滤波器滤波以产生频率为/>的调幅信号。
7.根据权利要求6所述的气体质量激光分析***，其特征在于，跟踪带通滤波器包括第二鉴频器、带通滤波器控制电路和带通滤波器，所述第二鉴频器用于鉴别混频器输出信号的中心频率，并输出电压随中心频率变化的电压信号VPF,所述电压信号VPF提供给带通滤波器控制电路, 带通滤波器控制电路将该电压与一直流电压线性叠加生成控制电压而后提供给带通滤波器，所述带通滤波器根据控制电压调整中心工作频率，以使其对输入的信号进行跟踪滤波。
8.一种气体质量激光分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过第一透镜将调频调幅激光信号向被检测的气体进行照射，调频调幅激光信号中调频信号的频率为，调幅信号的频率为/>；
通过第二透镜接收折射回来的调频调幅激光信号并传送给光电转换器；
通过光电转换器将折射回来的调频调幅激光信号转换为接收的电信号；
通过数据处理单元根据从接收的电信号中检出的第一信号和第二信号的幅度比值计算被测气体包含的某种成分的浓度，第一信号为从接收的电信号中取出的频率为的电信号；第二信号为从接收的电信号中取出的频率为/>的电信号。
9.根据权利要求8所述的气体质量激光分析方法，其特征在于，数据处理单元包括数据预处理模块、神经网络和输出模块，所述数据预处理模块根据第一信号获取其幅度,根据第二信号获取其幅度/>；
神经网络包括输入层、函数层和输出层，其中输入层输入第一信号的幅度和第二信号的幅度/>，函数层的函数关系为：/>,式中，C为被测气体包含的某种成分的浓度，/>为调频调幅激光信号的幅度调制度；L为光路长度；/>为频率/>下的被测气体的吸光度,/>为调频调幅激光信号的频率调制度;/>表示优化的损失函数；/>,/>为调频调幅激光信号的调制幅度；/>为被测气体的吸收光谱的半峰全宽；/>为训练次数；输出层向输出模块出被测气体包含的某种成分的浓度C。
10.根据权利要求9所述的气体质量激光分析方法，其特征在于，调频调幅激光信号的载频信号为被测气体包含的某种成分的吸收光谱的中心频率；/>为被测气体的吸收光谱的半峰全宽的2.2倍。
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