[发明专利]一种高精度气体浓度检测方法及检测装置

说明书

技术领域

本发明属于气体浓度检测技术领域，具体地说，是涉及一种高精度气体浓度检测方法及检测装置。

背景技术

光谱气体分析技术通过测量气体透光率来反演分析气体浓度，因此要准确测量被测气体浓度，必须精确测量气体的透光率。粉尘、视窗污染以及激光器功率衰减变化等因素都会使测量气体透光率发生变化，消除透光率的影响需找到一个在透光率发生变化时，与吸收二次谐波峰峰值同步、同比例变化的影响因子，以吸收谐波峰峰值与该因子相除来消除透光率变化对仪器线性度的影响。如何找到与吸收谐波峰峰值同步、同比例变化的影响因子，成为本发明的关键。理论上讲，有多个因子可以选择，但是由于器件、电路等因素对所选因子的影响结果有很大的不确定性。

目前较多采用的检测方法是通过控制激光器的输入电流和工作温度使激光频率扫描被测气体的吸收谱线，在频率扫描范围内，可以测量得到二次谐波信号幅值和直流分量信号，由于气体的浓度是由透射光强的二次谐波信号与直流分量信号的比值来决定，二者比值为：

式中：k表示光路中的粉尘、视窗污染以及激光器功率衰减变化等对两路信号的影响系数；V_DC1和V_DC2分别为二次谐波的两个谷值所对应的直流分量信号。上述公式默认为当激光传输光路中的粉尘、视窗污染以及激光器功率衰减产生光强衰减时，两信号会等比例下降，也即影响系数k值相同，无论何种情况下激光传输光路中的粉尘、视窗污染以及激光器功率衰减造成的光强衰减，二次谐波信号与直流分量信号的比值保持不变。如果测量出两个信号，并利用该比值来分析气体浓度，则粉尘、视窗污染和激光器功率变化等因素对于仪器的测量结果的影响可以消除。但是，当环境温度、气压发生变化时，吸收谱线的宽度会发生变化，吸收信号的二次谐波线型也会相应发生变化，表现为二次谐波的两个谷值所对应的直流分量值变化，也即，，此时利用二次谐波信号与直流分量信号的比值测量气体的浓度会产生测量偏差，也即，当环境温度、气压发生变化时，吸收谱线的宽度会发生变化，对k₁和k₂的影响是不同的，若采用目前的认为两者等比例变化的计算方法的话，计算结果将会产生较大偏差。

发明内容

本发明为了解决现有气体浓度检测方法受到影响的因素多、检测结果不精确的技术问题，提供了一种提高调谐激光气体浓度检测精度的方法，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高精度气体浓度检测方法，包括以下步骤：

（1）、运放加法器将低频三角波扫描信号、高频正弦波调制信号以及直流信号相加后作用到激光器驱动电路，作为激光器驱动电路的电流输入；

（2）、激光驱动电路驱动激光器发射激光信号，穿过气室内的被测气体；

（3）、光电检测器接收经过气室内相关气体吸收后输出的激光信号并进行光电检测，转换为电压信号并输入至检测滤波单元；

（4）、检测滤波单元将转换后的电压信号进行带通滤波处理后输出的信号其中一路依次经前置放大、锁相放大、以及低通滤波处理后，得到二次谐波信号，另外一路经有效值转换电路得到有效值信号，以及将该有效值信号进行低通滤波处理并输出；

（5）、数据处理单元接收二次谐波信号以及有效值信号，并进行A/D转换，采样计算其波峰值V_ppmax、波谷值V_ppmin、以及有效值V_RMS，所述有效值V_RMS为有效值信号在二次谐波信号的波峰采样时刻处的有效值；

（6）、数据处理单元计算待测气体浓度X，其中，

。

进一步的，所述步骤（5）中，查找到两个波谷值，V_ppmin1和V_ppmin2，所述步骤（6）中，

。

进一步的，所述步骤（4）中的锁相放大步骤中，输入高频正弦波调制信号的二倍频信号作为参考信号。

进一步的，在所述步骤（3）和步骤（4）之间还包括自动增益控制步骤，将转换后的电压信号的直流值放大至恒定值。