[发明专利]一种基于级数展开的气体浓度测量方法及其检测装置

权利要求书

1.一种基于级数展开的气体浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过DFB二极管激光器温度控制模块设定DFB二极管激光器的工作温度；

(2)通过DFB二极管激光器电流驱动模块设定DFB二极管激光器工作的中心电流以确保DFB二极管激光器静态工作点的原始入射光信号频率在吸收谱线中心附近；

(3)计算机控制DAC模块产生初始信号，并将初始信号传递至DFB二极管激光器电流驱动模块，经转换后形成注入电流注入二极管激光器，DFB二极管激光器受注入电流的调制发射激光；

(4)通过标准具，经光电探测器和ADC模块获得DFB二极管激光器发光频率与时间的函数关系，记为υ(t)；

(5)在待测气体未通入气体吸收池的情况下，光电探测器采集原始入射光强信号；

(6)将待测气体通入气体吸收池中，光电探测器采集透射光强信号，并将透射光强信号输入计算机，计算机对函数υ(t)、原始入射光强信号及透射光强信号进行处理得到待测气体浓度；

所述步骤(6)中计算机对信号进行处理的步骤包括：

(61)通过对υ(t)进行级数展开与傅里叶分解推导从而得到归一化线型函数φ(υ(t))各次谐波分量系数φ_n以及φ(υ(t))的平方g(υ(t))＝φ(υ(t))·φ(υ(t))各次谐波分量系数g_n；

(62)通过对原始入射光强拟合，确定原始入射光强信号以及频率随时间变化的傅里叶级数展开；

(63)采集透射光强信号，获取透射光强信号和扣除背景后的归一化二次谐波S_2f/1f；

(64)设定初始迭代浓度参数为X₀，X₀与φ_n和g_n运算即可得到仿真归一化二次谐波R_2f/1f；设定一个阈值，采用交替迭代法改变迭代值X_n，使得S_2f/1f与R_2f/1f的方差小于所述阈值，此时的X_n即为待测气体浓度。

2.根据权利要求1所述的基于级数展开的气体浓度测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中设所述初始信号为u＝u_scos(ω_st)+u_mcos(ω_mt)，所述ω_s、ω_m、u_s、u_m分别为由计算机设定的扫描频率、调制角频率、扫描电压系数、调制电压系数；转换后形成的注入电流为i(t)＝i_avg+cos(2πf_mt)，所述i_avg为瞬时平均电流，f_m为调制频率。

3.根据权利要求2所述的基于级数展开的气体浓度测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中，υ(t)＝υ_avg+k_vcos(2πf_mt)，所述υ_avg为瞬时平均电压，k_v为光强调制系数。