[发明专利]气体检测方法和气体检测装置

权利要求书

1.一种气体检测方法，其包括下面的步骤：

通过由DC驱动电流驱动的波长调制的激光源(1)提供初始光信号(S₀)；

提供初始频率的AC调制信号，以便在要确定其浓度或存在的气体的吸收线周围以所述初始频率(f)对称地波长调制所述初始光信号(S₀)；

使所述初始光信号(S₀)通过用于接收至少一种所述气体的气体检测区域(4)，所述初始光信号(S₀)具有由在所述气体吸收线周围的交替扫描产生的随时间的强度变化；

通过提供检测信号(S_D)的检测装置(8)接收激励所述气体检测区域(4)的合成光信号(S_G)，所述合成光信号(S_G)包括由于所述检测区域(4)中的气体浓度引起的所述初始光信号(S0)的强度的变化；

从所述检测信号(S_D，S_DC1，S_DC2)产生至少一个测量信号(S_M1)，所述检测信号是所述初始光信号(S₀)的强度的函数；

产生第二测量信号(s_MA)，所述第二测量信号(s_MA)是气体吸收的函数并基本上与所述初始频率(f)的所述初始光信号的强度调制无关，通过如下方式产生所述第二测量信号(s_MA)：提供基本上与所述合成光信号(S_G)的时间导数成比例的求导的检测信号(S_DA)，将所述求导的检测信号(S_DA)与两倍于所述初始频率(f)的第二调制参考信号(S_2f)相乘，然后对时间求积分，由此所述第二调制参考信号(S_2f)相对于所述初始光信号(S₀)的强度变化具有限定的振幅电平和限定的相位关系，

通过如下方式提供与入射到所述检测装置(8)上的光的强度无关的最后的测量信号：把所述第二测量信号(s_MA)除以所述至少一个测量信号(S_M1)，由此提供关于给定气体的存在或浓度的信号，其特征在于：

通过以下方式产生所述第二测量信号(s_MA)：确定当在气体吸收峰值中心操作所述激光源时的第一预测量信号(S_M0)，当由所述被测气体的气体吸收峰值之下的DC驱动电流操作所述激光源时的第二预测量信号(S_M1)，及当由所述气体吸收峰值之上的DC驱动电流操作所述激光源时的第三预测量信号(S_M2)，所述DC驱动电流之间的差对应于在先前的校正步骤中确定的标准具条纹周期；以及

将所述最后的第二测量信号(s_MA)确定为所述第一预测量信号(S_M0)与所述第二预测量信号(S_M1)和第三预测量信号(S_M2)的算术平均之间的差。

2.依据极利要求1所述的方法，其特征在于：

通过如下方式来执行所述校正步骤：在没有将气体确定为DC激光器电流的函数的情况下产生测量校正信号(S_MC)，并且将所述标准具条纹周期确定为相同类型的极值DC驱动电流之间的差。

3.依据权利要求1所述的方法，其特征在于：

通过如下方式来产生所述第一测量信号(S_M1)：确定当由所述气体吸收峰值之下的所述DC驱动电流操作所述激光源时的第一检测信号(S_DC1)、当由所述气体吸收峰值之上的所述DC驱动电流操作所述激光源时的第二检测信号(S_DC2)，并且确定所述第一检测信号(S_DC1)和第二检测信号(S_DC2)的算术平均。

4.一种气体检测器装置，包括：

提供初始光信号(S₀)的至少一个波长调制的激光源(1)，

用于接收至少一种要确定其浓度或存在的气体的检测区域(4)，

供给控制装置(13，14)，用于在所述气体之一的吸收线周围以初始频率(f)对称地波长调制所述初始光信号(S₀)，并且提供具有随时间的强度变化的初始光信号(S₀)，所述供给控制装置包括用于限定DC电流信号的DC供给控制装置(13)和用于限定所述给定初始频率(f)的AC电流信号的AC供给控制装置(14)，以便在所述气体吸收线周围产生所述初始光信号(S₀)的光强度的交替扫描，

相应地布置在所述检测区域(4)的外围的光传感器(8)，所述传感器(8)用于接收合成光信号(S_G)，所述合成光信号(S_G)包括已通过所述检测区域(4)的初始光信号(S₀)的强度变化，并提供与所述合成光信号(S_G)的光强度变化成比例的检测信号(S_D，S_DC1，S_DC2)，

处理装置(16-25)，用于从所述检测信号(S_D)中提供关于所述检测区域(4)中的给定气体的存在或浓度的信号(S_A)，所述处理装置包括：

用于提供基本上与所述合成光信号(S_G)的时间导数成比例的已求导的检测信号(S_DA)的装置(25)，

第一产生装置(15)，用于产生所限定的第一频率的第一调制参考信号(S_f)；以及第二产生装置(16)，用于产生两倍于所述初始频率(f)的第二调制参考信号(S_2f)；两个调制参考信号(S_f，S_2f)具有与所述初始光信号(S₀)的强度变化同相的限定关系，

用于提供第一测量信号(S_M1)的第一装置(4)，所述第一测量信号是所述初始光信号(S₀)的强度的函数，并基本上与所述气体浓度无关，

第二装置(19)，用于将所述第二调制参考信号(S_2f)与所述检测信号(S_DA)相乘，然后对时间积分，以便提供第二测量信号(s_MA)，所述第二测量信号(s_MA)是气体吸收的函数，并基本上与所述初始频率(f)的所述初始光信号(S₀)的强度调制无关，

处理单元(22)，用于把所述第二测量信号(s_MA)除以所述第一测量信号(S_M1)，以便提供关于给定气体的存在或其浓度的最后的测量信号(S_M)，

其特征在于：

用于提供第一测量信号(S_M1)的所述第一装置(4)在没有导数装置的情况下接收所述检测信号(S_D，S_DC1，S_DC2)，并且适于通过如下方式来确定所述第一测量信号(S_M1)：计算由所述被检测气体的气体吸收峰值之下的DC驱动电流操作所述激光源时确定的第一检测信号(S_DC1)与由所述气体吸收峰值之上的DC驱动电流操作所述激光源时确定的第二检测信号(S_DC2)的算术平均值，每个均具有DC驱动电流，没有气体浓度影响所述检测信号并且DC驱动电流之间的差对应于所述检测区域(4)的光学系统的标准具条纹周期。