[发明专利]用于估计气体浓度的系统和方法

说明书

本公开提供了一种估计气体浓度的系统和方法，该方法包括：根据包括时间间隔的跳频序列调制红外光源，其中在第一时间间隔期间以第一频率调制红外光源，在随后的时间间隔期间以第二频率调制红外光源，并且第一频率不同于第二频率；从声耦合至暴露于由红外光源产生的红外光的气体的麦克风的输出接收麦克风信号；使用带通滤波器对麦克风信号进行带通滤波以产生经滤波的麦克风信号；根据跳频序列调整带通滤波器的中心频率，其中带通滤波器在第一时间间隔期间包括对应于第一频率的第一中心频率，带通滤波器在随后的时间间隔期间包括对应于第二频率的第二中心频率，其中第一中心频率不同于第二中心频率；以及根据所滤波的麦克风信号估计气体浓度。

技术领域

本发明总体上涉及系统和方法，并且在具体实施例中，涉及用于测量气体浓度的系统和方法。

背景技术

近年来，由于对空气污染和全球气候变化的日益关注，气体传感器的应用在过去几年引起了人们的极大兴趣。例如，二氧化碳传感器通常用于测量机器排放物和室内空气质量。测量气体浓度的一般方法有很多种。化学传感器通过测量诸如金属氧化物(MOX)或石墨烯的气敏材料的电特性来测量气体浓度。另一方面，物理传感器通过将气体样品暴露于红外光源并对气体执行进行物理测量来测量气体浓度。例如，非色散红外吸收(NDIR)传感器测量特定波长的红外光的吸收并基于光吸收量确定气体浓度；以及光声传感器在存在红外光的情况下测量气体样品的压力变化并基于气体压力的变化确定气体浓度。

光声传感器(通常包括红外光源和麦克风)由于其小尺寸和使用普通商业半导体和封装技术制造的能力而非常适合于低成本和大量生产的实现。然而，光声传感器的一个问题是它们对声噪声的敏感性。由机械、交通、甚至人类活动产生的声噪声会干扰光声传感器的执行声学测量的能力并且降低传感器的精度。

发明内容

为解决上述问题，本公开提供了一种测量气体浓度的方法，包括：根据包括时间间隔的跳频序列调制红外光源，其中在第一时间间隔期间以第一频率调制红外光源，在随后的时间间隔期间以第二频率调制红外光源，并且第一频率不同于第二频率；从声耦合至暴露于由红外光源产生的红外光的气体的麦克风的输出接收麦克风信号；使用带通滤波器对麦克风信号进行带通滤波以产生经滤波的麦克风信号；根据跳频序列调整带通滤波器的中心频率，其中带通滤波器在第一时间间隔期间包括对应于第一频率的第一中心频率，带通滤波器在随后的时间间隔期间包括对应于第二频率的第二中心频率，其中第一中心频率不同于第二中心频率；以及根据所滤波的麦克风信号估计气体浓度。

在某些实施例中，估计气体浓度包括：针对每个时间间隔执行单独的气体浓度估计，以产生气体浓度估计的集合；确定哪些单独的气体浓度估计是异常估计；从气体浓度估计的集合中去除异常估计，以形成气体浓度估计的修正集合；以及基于气体浓度估计的修正集合确定气体浓度。

在某些实施例中，去除异常估计包括确定多数规则。

在某些实施例中，带通滤波器包括匹配带通滤波器。

在某些实施例中，还包括校准带通滤波器，校准包括执行与第一气体浓度相对应的测试测量，执行测试测量包括：利用测试频率调制红外光源；接收麦克风信号；以及存储对应于测试频率的麦克风信号的时间响应。

在某些实施例中，测试频率是跳频序列中的最低频率，并且第一气体浓度对应于最低气体浓度。

在某些实施例中，对麦克风信号进行带通滤波包括：根据带通滤波器的所调整的中心频率偏移所存储的时间响应的频率以形成偏移时间响应；以及将偏移时间响应与所接收的麦克风信号进行卷积。

在某些实施例中，偏移所存储的时间响应的频率包括偏移所存储的时间响应的FFT；以及将偏移时间响应与所接收的麦克风信号进行卷积包括将所接收的麦克风信号的FFT与所存储的时间响应的所偏移的FFT相乘。

在某些实施例中，根据所滤波的麦克风信号估计气体浓度包括：对所滤波的麦克风信号应用线性拟合模型。