[发明专利]一种近红外光谱多组分气体在线检测系统及方法

权利要求书

1.一种近红外光谱多组分气体在线检测系统，其特征在于：包括有主机和外部检测光路系统，外部检测光路系统包括收发光学探头、角反射器；

所述收发光学探头包括脉冲氙灯、电缆接口一，脉冲氙灯的前方光路上依次设置有准直镜头、光学滤波盘、分束镜一，分束镜一的透射光路上设有分束镜二，分束镜二的透射光路上依次设有菲涅尔透镜、石英窗片、角反射器，分束镜一的反射光路上依次设有校准吸收池、红外光电探测器二，分束镜二的反射光路上设有红外光电探测器一；所述分束镜一、分束镜二、菲涅尔透镜、石英窗片、角反射器、红外光电探测器一构成检测光路；所述分束镜一、校准吸收池、红外光电探测器二构成校准光路，校准吸收池中充有包含已知浓度n种系统检测气体一个大气压的标准气体；所述电缆接口一与脉冲氙灯、光学滤波盘的驱动机构、红外光电探测器一、红外光电探测器二连接；

所述主机包括主机箱，主机箱壁上设有电缆接口二、交流电源插座，主机箱中设有分别与电缆接口二连接的光源脉冲电源、光学滤波盘控制电源、低通滤波放大电路一、低通滤波放大电路二，低通滤波放大电路一、低通滤波放大电路二的信号输出端与信号采集和处理模块连接，信号采集与处理模块的信号输出端与光源脉冲电源、光学滤波盘控制电源、液晶显示屏连接，交流电源插座上连接直流稳压电源，直流稳压电源为主机箱中的其余各模块供电；

所述电缆接口一、二通过多芯电缆连接，红外光电探测器一、二测得的检测信号、参考信号分别接入低通滤波放大电路一、二。

2.根据权利要求1所述的一种近红外光谱多组分气体在线检测系统，其特征在于：所述光学滤波盘边缘均匀开有2×n个通光孔，通光孔上安装有针对不同通光波长的滤光片，针对第i种检测气体，对应一个检测波长滤光片和一个参考波长滤光片，检测波长滤光片通光波长对应第i种检测气体的吸收波段，参考波长滤光片通光波长对应没有第i种检测气体和干扰气体吸收的波段。

3.根据权利要求1所述的一种近红外光谱多组分气体在线检测系统，其特征在于：所述光学滤波盘边缘设有定位标志，用于光学调制盘转动位置检测。

4.一种近红外光谱多组分气体在线检测方法，其特征在于：针对系统检测的n种气体，任意第i种气体浓度检测的数据处理方法如下：

(1)启动检测系统，光学调制盘每转动一周，同时得到一个周期的检测信号和一个周期的校准信号，一个周期的检测信号和一个周期校准信号均由2×n个脉冲序列组成；一个周期的检测信号脉冲序列的第2×i-1个脉冲对应检测光路第i种检测气体的吸收信号，第2×i个脉冲对应检测光路第i种检测气体的参考信号；一个周期校准信号脉冲序列的第2×i-1个脉冲对应校准光路第i种检测气体的吸收信号，第2×i个脉冲对应检测光路第i种检测气体的参考信号；

(2)信号采集和处理模块对检测信号和校准信号进行数据采集和多次累加平均后得到一个周期分析用检测信号数据M和一个周期分析用校准信号数据N；一个周期分析用检测信号M的第2×i-1个脉冲数据用作检测光路第i种检测气体的检测吸收信号M_i，一个周期分析用检测信号M的第2×i个脉冲数据用作检测光路第i种检测气体的检测参考信号M_ib；一个周期分析用校准信号数据N的第2×i-1个脉冲对应校准光路第i种检测气体的校准吸收信号N_i，一个周期分析用校准信号数据N的第2×i个脉冲对应检测光路第i种检测气体的校准参考信号N_ib；已知校准吸收池中充有的第i种系统检测气体浓度为C_i；

(3)对第i种检测气体的检测吸收信号M_i进行数值积分，得到第i种检测气体的检测吸收信号强度，定义为MA_i；对第i种检测气体的检测参考信号M_ib进行数值积分，得到第i种检测气体的检测参考信号强度，定义为MB_i；对第i种检测气体的校准吸收信号N_i进行数值积分，得到第i种检测气体的校准吸收信号N_i强度，定义为NA_i；对第i种检测气体的校准参考信号N_ib进行数值积分，得到第i种检测气体的校准参考信号N_ib强度，定义为NB_i；

定义A_i为检测吸收信号强度MA_i与检测参考信号强度MB_i的比值，B_i为校准吸收信号强度NA_i与校准参考信号强度NB_i的比值，有：

定义检测光路上第i种系统检测气体浓度为X_i，则有：

其中，Y_i为系统参数。

5.根据权利要求4所述的一种近红外光谱多组分气体在线检测方法，其特征在于：所述系统参数Y_i的测定方法如下：

将校准吸收池中充入一个大气压高纯氮气，对第i种检测气体的校准吸收信号N_i进行数值积分，得到第i种检测气体的空白校准吸收信号M_i强度，定义为NA_i0；对第i种检测气体的校准参考信号N_ib进行数值积分，得到第i种检测气体的校准参考信号N_ib强度，定义为NB_i0；