[发明专利]一种气体的在线检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及物质的检测方法及装置，更具体地说，涉及一种气体的在线检测方法和装置。

背景技术

 当前，汽车逐渐成为重要的交通工具，同时汽车排放的大量有害气体日益威胁着人类健康和生存环境，是城市环境最主要的污染源之一。汽车排放污染物主要包括:二氧化碳(C0₂)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、微粒物(由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物等组成)和硫化物等。目前，常见的气体检测技术主要有气相色谱法、傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）、光声光谱PAS技术、化学催化传感器等, 色谱分析要求对污染气体进行采样、处理, 难以进行实时探测分析，而化学催化传感器的寿命短, 稳定性较差, 受环境影响较大。这些方法都具有测试时间长、成本高、不便于实地操作的缺陷。随着城市化进程加快,对气体进行在线检测变得越来越重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述测试时间长、成本高、不便于实地操作的缺陷，提供一种测试时间短、成本低、便于操作的一种气体的在线检测方法和装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种气体的在线检测方法，包括如下步骤：

     A）产生调制的驱动信号，使可调二极管激光器发出激光，并对所述激光分束输出两路光信号；

     B）使所述两路光信号中的一路通过待检测气体传输指定距离，得到检测光信号；另一路通过参考气体传输指定距离，得到参考光信号；

     C）分别将所述检测光信号和所述参考光信号经过光电转换并通过与锁相放大器处理得到其各自的二次谐波；

     D）对比并处理所述二次谐波，并得到所述待测气体的成分和浓度。 

在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述步骤A）中进一步包括：

     A1）产生锯齿波驱动信号并将其进行DA转换；

     A2）产生正弦波驱动信号并将其进行DA转换；

     A3）使用已进行DA转换的正弦波驱动信号对所述已进行DA转换的锯齿波驱动信号进行调制，得到调制的驱动信号。

在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述步骤C）中，对所述参考光信号和所述检测光信号的处理步骤相同；对所述参考光信号或所述检测光信号的处理步骤分别进一步包括：

     C1）将光信号进行光电转换并进行AD变换；

     C2）将上一步骤中得到的信号分别与锁相放大器输出的两路正交的、其频率为二次谐波的参考信号相乘并分别进行低通滤波；

     C3）取得上一步骤中得到的两路信号的矢量和，得到该光信号的二次谐波。

在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述步骤D）进一步包括：

     D1）对所述参考光信号和所述检测光信号进行步骤C）处理后得到的二次谐波信号进行差分运算；

     D2）依据所述运算结果得到所述待测气体的浓度。

在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述驱动信号产生、所述锁相放大器以及对所述二次谐波的取得及运算均在同一个FPGA中实现。 

本发明还涉及一种气体的在线检测装置，包括用于产生驱动信号的驱动信号产生模块、用于将所述驱动信号产生模块所产生的驱动信号进行DA转换并调制而形成调制的驱动波形的调制模块、用于将所述可调二极管激光器所发激光分为两路的分束器、用于容纳待检测气体并使所述分束器分出的一路光信号在其中传输成为检测光信号的待检测气体空间、用于容纳参考气体并使所述分束器分出的另一路光信号在其中传输成为参考光信号的参考气体空间、用于将所述参考光信号转换为电信号并进行DA转换的参考光电转换模块、用于将所述待测光信号转换为电信号并进行DA转换的待测光电转换模块，用于由所述参考光电转换模块输出中取得其二次谐波分量的参考信号二次谐波取得模块，用于由所述待测光电转换模块的输出中取得其第二谐波分量的待测信号二次谐波取得模块以及用于将所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块输出处理并得到所述待测气体浓度的信号处理模块。