[发明专利]一种自适应红外气体检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外检测技术与应用领域，具体涉及一种自适应红外气体检测装置和方法。

背景技术

在气体检测技术领域，目前常使用手方法有：载体催化、半导体、光干涉等。与这些检测方法相比，利用红外光谱吸收方法检测气体的优点在于：可测气体种类多、测量范围宽、灵敏度高、响应速度快、选择性好、寿命长、适用场合广。因此，红外光谱吸收技术成为检测气体的重要途径。

现有红外气体检测系统一般采用双通道差分结构，该结构又细分为双光路差分结构和双波长差分结构。在双光路差分结构中，光源发出的单波长红外光被分为两束，一束经过具有一定浓度的被测气体，到达探测器，称为测量通道；另一束经过参考气室后到达探测器，称为参考通道；对两个通道的信号做参比后表征气体浓度信息。在双波长差分结构下，宽带光源发出的宽带光信号经过含有一定浓度待测气体的气室后，到达双波长探测器，其中一个探测器的波长与待测气体的吸收峰重合，部分光被待测气体吸收，称为测量通道；另一个探测器的波长与待测气体的吸收峰不重合，不被待测气体吸收，称为参考通道；对两个通道的信号做参比后表征气体浓度信息。采用双通道差分结构的目的是为了消除光源驱动电流波动、探测器性能波动、光路中的粉尘颗粒变化等因素对检测结果的影响，从而可显著提高检测系统的稳定性。在红外气体检测仪所应用的实地环境中，受环境参数冲击变化、电路随机噪声、机械噪声声压变化等统计特性无法预知的因素的影响，气体运移/吸附/解吸规律、待测气体分子的红外吸收特性均将发生变化。

在现有技术中：传统的差分式检测结构仅能消除上述部分因素的影响，即能抑制同时对两个通道产生相同影响的干扰因素，而无法抑制仅影响单个通道的噪声因素；采用经典电域滤波法仅能抑制或滤除统计特性已知的噪声，而无法滤除统计特性不可预知的干扰；针对检测仪环境参数的变化，人们一般采用温度、压力补偿的方法来消除二者对检测性能的影响；但这种方法仅能用于温度、压力缓慢变化的情况，而无法用于冲击变化的情况。因此，无论是差分结构还是温、压补偿方法均无法较为全面的抑制或滤除环境参数冲击变化、电路随机噪声、机械噪声声压变化等统计特性无法预知的因素。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种自适应红外气体检测装置和方法。由于采用了光/电两域自适应信号处理方式，本发明解决了传统差分式红外气体检测仪器及其所采用的经典电域滤波法无法滤除上述光/电两域统计特性无法预知的噪声的技术难题，从而为复杂环境和干扰下的气体精确测量提供了解决方案。

为了解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种自适应红外气体检测装置，包括：

第一光源模块、第二光源模块、第一开放式气室、第二开放式气室、第一自适应处理单元、第二自适应处理单元和主控单元；

所述的第一光源模块和所述的第二光源模块均用于产生近红外和中红外波段的光波信号，然后输出；

所述的第一开放式气室和所述的第二开放式气室用于存放待测气体，吸收与待测气体吸收峰一致的光波信号，并将光波信号转化为电信号，然后输出；

所述的第一自适应处理单元和第二自适应处理单元，用于对经过气室吸收后的信号进行自适应干扰抑制处理，然后输出；

所述的主控单元，用于接收并对自适应干扰抑制处理之后的信号进行处理，并根据处理结果和“浓度-参比值”关系曲线确定待测气体的浓度。

优选的，所述的气体检测装置还包括：第一驱动单元、第二驱动单元、第一放大滤波单元、第二放大滤波单元、第三放大滤波单元和第四放大滤波单元；

所述的第一驱动单元和第二驱动单元用于接收来自于所述主控单元的驱动信号，产生用于控制光源模块的电信号；所述的第一驱动单元包括：直流信号产生模块、调制信号产生模块、加法器模块和压控恒流模块；所述的直流信号产生模块产生直流信号，所述的调制信号产生模块产生调制信号，所述的加法器模块接收所述的直流信号产生模块和调制信号产生模块产生的电信号，将两信号相加，并输出；所述的压控恒流模块与加法器模块电连接；所述的第二驱动单元包括直流信号产生模块和压控恒流模块，所述的直流信号产生模块接收来自主控单元的电信号，产生直流信号，并输出；所述的压控恒流模块与所述的直流信号产生模块电连接，用于控制电流的强度，并输出；