[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

说明书

本发明提供了基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，包括获取不同浓度下的标气的二次谐波信号；提取不同浓度下的标气的二次谐波信号峰值，获得时域特征点；对标气不同浓度下的二次谐波信号分解，并经快速傅里叶变换得到相应的频谱；提取标气不同浓度下的的二次谐波频率幅值分量，得到频域特征点；保存不同浓度下标气的数据并建立气体浓度反演模型；采用气体浓度反演模型对待测气体的浓度进行预测。气体浓度反演方法通过将含有气体浓度信息的二次谐波信号的时域特征点与频域特征点结合反演气体浓度，确保了预测的待测气体浓度的精度。

技术领域

本发明涉及气体浓度检测技术领域，具体为一种基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法及装置。

背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种将激光应用于吸收光谱测量技术的光谱学测量方法，采用其检测气体浓度的原理是：激光穿过待测气体，且激光波长和待测气体吸收谱线的中心波长相同时，待测气体分子吸收该波长的激光，从而造成激光强度衰减，因此通过分析透射光的光强信息计算待测气体浓度。

但是目前的光电探测器，其接收到透射光的光强信号相对于背景信号和噪声来说是极其微弱的，背景环境的影响会严重影响气体浓度的检测精度。同时，对于气体浓度检测分析时，传统的检测方法仅从时域的角度分析，当被测气体浓度变化非常微量时，时域下的二次谐波幅值变化也十分微小，难以从时域准确判定，从而影响气体浓度测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法及装置，气体浓度反演方法结合波长调制技术对入射激光进行调制，已达到降低背景环境的干扰，提高检测精度，同时通过时域与频域联合分析建立气体浓度反演模型，减小待测气体浓度预测误差，提高测量精度，实现待测气体浓度的准确测量。

实现发明目的的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于TDLAS的时频域联合的气体浓度反演方法，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(FFT)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。

本发明的气体浓度反演方法，通过将不同浓度下标气的二次谐波信号的时域特征点与频域特征点结合反演待测气体的浓度，确保了预测的待测气体浓度的精度，避免了当待测气体浓度变化非常微量时，同时在时域下的二次谐波信号变化也十分微小的情况下，出现的难以从时域准确判定待测气体浓度，而导致的待测气体浓度预测值误差大及精度低的问题。

在本发明的一个实施例中标气及待测气体的二次谐波信号的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；