[发明专利]一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法及装置

权利要求书

1.一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于TDLAS/WMS技术对玻璃药瓶进行检测，获得单周期的二次谐波信号S1；

步骤2、对二次谐波信号S1进行周期延拓，获得包含t个周期的二次谐波信号S2；

其中，周期延拓后的二次谐波信号数据长度为N＝t×α，二次谐波信号S1含有α个采样点，二次谐波信号的频率为f，设置采样频率F_s，则离散傅里叶变换的频率分辨率为Δf＝F_s/N，需满足Δf≤f；

步骤3、对二次谐波信号S2进行离散傅里叶变换，得到频谱图；

步骤4、在频谱图上提取二次谐波信号中心频点及其邻近倍频点处的谱线分量，再将提取的谱线分量进行离散傅里叶逆变换，即得到重构后的二次谐波信号S3；

步骤5、基于二次谐波信号S3的峰值/峰峰值得到玻璃药瓶内气体浓度；

所述步骤1中，基于TDLAS/WMS技术对玻璃药瓶进行一次检测，获取L个单周期的二次谐波信号S1；

对每个单周期的二次谐波信号，分别执行步骤2～3，获得其对应的频谱图；

所述步骤4中，在L个频谱图上分别提取二次谐波信号中心频点及其邻近倍频点处的谱线分量，对提取出来的谱线分量依频点对应平均得到L个二次谐波信号所对应的1个平均频谱图；将平均频谱图进行离散傅里叶逆变换，得到重构后的二次谐波信号S3；

其中，所述二次谐波信号中心频点及其邻近倍频点是指0*f、1*f、2*f、…、h*f，其中，f为二次谐波信号中心频点，h为选择的邻近倍频点个数。

2.根据权利要求1所述的基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法，其特征在于，重复进行K次步骤1～步骤4，获得K个重构后的二次谐波信号S3；所述步骤5中，基于K个重构后的二次谐波信号S3的峰值/峰峰值的平均值得到玻璃药瓶内气体浓度。

3.根据权利要求1所述的基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤1中，基于TDLAS/WMS技术对玻璃药瓶进行检测，获得原始二次谐波信号后，采用信号调理电路对检测到的原始二次谐波信号进行滤波处理，进而获得单周期的二次谐波信号S1；

所述信号调理电路包括衰减反相电路、限带滤波电路和电平搬移电路，用于依次对检测到的原始二次谐波信号进行幅值衰减和反相处理、带通滤波处理和电平搬移处理，以与后一级的信号采集电路输入端电平匹配。

4.根据权利要求1～3任一项所述的基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法，其特征在于，将其内气体浓度已知的玻璃药瓶作为样本；对样本执行步骤1～4，得到其相应的二次谐波信号S3的峰值/峰峰值数据；基于样本内气体浓度数据，以及样本对应的二次谐波信号S3的峰值/峰峰值数据，拟合得到玻璃药瓶内气体浓度与二次谐波信号S3的峰值/峰峰值的关系式；对于待测的玻璃药瓶，对其执行步骤1～4，得到其相应的二次谐波信号S3的峰值/峰峰值数据，代入拟合得到的关系式，计算得到待测的玻璃药瓶内气体浓度。

5.一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测装置，其特征在于，采用权利要求1～3中任一项所述的基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法进行玻璃药瓶内气体浓度检测；

所述装置包括二次谐波检测电路和处理电路；所述二次谐波检测电路用于执行所述步骤1；所述处理电路用于执行所述步骤2～5；

所述二次谐波检测电路包括信号调理电路；所述信号调理电路包括衰减反相电路、限带滤波电路和电平搬移电路；基于TDLAS/WMS技术对玻璃药瓶进行检测获得原始二次谐波信号后，通过衰减反相电路、限带滤波电路和电平搬移电路依次对检测到的原始二次谐波信号进行幅值衰减和反相处理、带通滤波处理和电平搬移处理，进而获得单周期的二次谐波信号S1；

所述电平搬移电路中电平基准芯片包括接地端1、信号输入端、使能端、接地端2、悬空端、参考电压输入端、接地端3和接地端4，所述接地端1至4全部接地，所述信号输入端和使能端经电感L8接至3.3V电压源，并设置旁路电容C54接至地以去除电源高频噪声；所述悬空端悬空；所述参考电压输出端设置2个旁路电容C55和C56以去除电源高频噪声，经过两个电阻R94和R93分压后连接至R96，而后输入至OPA2277的同相电压输入端，电阻R96阻值与OPA2277反相输入端连接的电阻R92相等以平衡运算电路直流偏置，所述芯片OPA2277包括同相电压输入端、反向电压输入端、正负电源供给端和信号输出端，所述反向电压输入端中的一路通过电阻R92与低通滤波电路中的输出端HS5相连，另一路通过电阻R95与电容C58的并联电路与信号输出端相连，正电源供给端连接至3.3V电压源并设置旁路电容C59以去除电源高频噪声，所述信号输出端与另一个OPA2277运放的同相电压输入端相连，所述OPA2277的反向电压输入端与信号输出端连接，构成输出驱动电路以待输出最终信号调理后的二次谐波信号，所述正电源供给端通过L9连接至3.3V电压源以去除电源高频噪声。