[发明专利]基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法及装置

权利要求书

1.一种基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、设定标气的气体浓度为A₁，基于TDLAS技术获取标气的二次谐波信号；

步骤2、提取A₁浓度下标气的二次谐波信号峰值，获得时域特征点；

步骤3、对A₁浓度下标气的二次谐波信号分解，经快速傅里叶变换得到相应的频谱；

步骤4、提取A₁浓度下标气的二次谐波频率幅值分量，得到频域特征点；

步骤5、重复步骤1至4，改变标气浓度值为A₂、……、A_n，n为＞2的整数，其余参数不变，获得多个浓度下标气的二次谐波信号的时域特征点和频域特征点，保存数据；

步骤6、以标气的气体浓度值作为因变量、以与标气浓度对应的时域特征点和频域特征点作为自变量，建立气体浓度反演模型；

步骤7、采集待测气体的二次谐波信号，获得待测气体的时域特征点和频域特征点，采用气体浓度反演模型预测待测气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，其特征在于：标气及待测气体的二次谐波信号获取均是通过设计的二次谐波信号采集系统实现的；

二次谐波信号的获取，包括以下步骤：

步骤101、经波长调制技术对初始激光强度S₀调制，输出调制后激光S₁；

步骤102、输入调制后激光S₁，经标气或待测气体吸收后输出透射光强信号S₂；

步骤103、对透射光强信号S₂进行叠加噪声处理，输出透射光强信号S₃；

步骤104、利用锁相放大技术对透射光强信号S₃处理，输出二次谐波信号。

3.根据权利要求1或2中所述的基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，其特征在于：二次谐波信号峰值及二次谐波频率幅值分量的提取方法均为MATLAB算法。

4.根据权利要求1或2中所述的基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，其特征在于：步骤3中，二次谐波信号经离散小波变换方法分解。

5.根据权利要求1或2中所述的基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，其特征在于：步骤6中，气体浓度反演模型经偏最小二乘回归方法建立。

6.根据权利要求1或2中所述的基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，其特征在于：气体浓度反演方法还包括步骤8，即经RMSEP方法对预测的待测气体的浓度值进行误差分析。

7.一种二次谐波信号采集系统，用于权利要求1至6任一项所述的方法中二次谐波信号的采集获取，其特征在于：系统包括光源控制模块、气室吸收模块、噪声模块、数据处理模块；

所述光源控制模块对入射激光调制并输出调制后激光，所述光源控制模块的输入为低频锯齿波信号、高频正弦波信号、初始激光强度、激光器中心频率，所述光源控制模块的输出为调制后激光的频率和光强；

所述气室吸收模块内标气或待测气体对输入的调制后激光吸收，输出透射光强信号；

所述噪声模块用于产生白噪声，对输出所述气室吸收模块的透射光强信号叠加噪声处理；

所述数据处理模块用于对叠加噪声的透射光强信号处理，输出为标气或待测气体的二次谐波信号。

8.一种气体反演装置，其特征在于：包括权利要求7中所述的二次谐波信号采集系统。