[发明专利]气体浓度检测的多频调制方法、气体浓度检测方法及系统

权利要求书

1.一种气体浓度检测的多频调制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：调节基础调制信号的幅值使得多频调制的气体浓度检测系统输出的二次谐波吸收曲线峰值点横坐标与背景干涉条纹包络的极小值点横坐标相同；

其中，在基于TDLAS-WMS单频调制的气体浓度检测系统中加入抖动调制信号得到多频调制的气体浓度检测系统，所述多频调制的气体浓度检测系统输出的二次谐波信号由二次谐波吸收信号叠加背景干涉条纹构成；加入的抖动调制信号的频率初始值和幅值初始值为预设值；

步骤S2：基于抖动调制信号的幅值调节区间、频率调节区间分别调节所述抖动调制信号的幅值和频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述抖动调制信号的幅值理论最优值至少位于所述幅值调节区间内，所述抖动调制信号的幅值理论最优值由零阶贝塞尔函数项达到第一零点处时得到。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述抖动调制信号的幅值理论最优值如下：

M_d＝0.383/2lξ

式中，M_d为抖动调制信号的幅值理论最优值，l是标准具长度，ξ是激光器频率-电流调谐系数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述幅值调节区间为：[5，M_d+30]μA，M_d为抖动调制信号的幅值理论最优值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于抖动调制信号的幅值调节区间、频率调节区间分别调节所述抖动调制信号的幅值和频率的过程如下：

在所述幅值调节区间的范围以ΔMc等间距调节所述抖动调制信号的幅值，并每次调节幅值后采集N个二次谐波吸收曲线的峰值，再比较不同幅值下二次谐波吸收曲线的峰值的噪声水平，最后选取噪声水平最低时对应的幅值作为抖动调制信号的幅值，N为正整数；

在所述频率调节区间的范围以Δωc等间距调节所述抖动调制信号的频率，并每次调节频率后采集N个二次谐波吸收曲线的峰值，再比较不同频率下二次谐波吸收曲线的峰值的噪声水平，最后选取噪声水平最低时对应的频率作为抖动调制信号的频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述频率调节区间为：[0.2ω₁，0.4ω₁]，ω₁是基础调制信号的频率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中先调节所述抖动调制信号的幅值，再调节抖动调制信号的频率。

8.一种气体浓度检测的多频调制方法，其特征在于：利用权利要求1所述的方法确定的基础调制信号的幅值、抖动调制信号的幅值及频率的气体浓度检测系统检测其他气体对象的浓度时，所述多频调制方法包括如下步骤：

首先，搭建权利要求1确定的所述气体浓度检测系统，用于检测其他气体对象的浓度；

然后，调节基础调制信号的幅值使得所述气体浓度检测系统输出的二次谐波吸收曲线中的峰值点横坐标与当前背景干涉条纹包络的极小值点横坐标相同。

9.一种气体浓度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先，利用权利要求1或者权利要求8所述方法调节基础调制信号的幅值、抖动调制信号的幅值及频率；

其次，基于调制后的气体浓度检测系统检测气体浓度。

10.一种气体浓度检测系统，其特征在于：包括：锁相放大器、激光驱动器、温控模块、激光器、玻璃瓶以及光电探测器，其中，激光驱动器和光电探测器均与所述锁相放大器连接，所述温控模块内置于所述激光驱动器，所述激光驱动器以及温控模块均与所述激光器连接，所述玻璃瓶设置于所述激光器的激光发射端一侧并置于激光器和光电探测器之间，所述玻璃瓶内装有待检测浓度的气体；

所述锁相放大器输出驱动电流信号至激光驱动器，所述驱动电流信号由低频锯齿波、基础调制信号以及抖动调制信号组成，所述基础调制信号的幅值、抖动调制信号的幅值及频率根据权利要求1或者权利要求8所述方法确定；

激光驱动器从锁相放大器接收驱动电流信号后生成控制电流并与温控模块共同控制激光器发射调制光；

激光器发射的调制光经过玻璃瓶后被光电探测器接收，所述光电探测器将光信号转换为吸收电信号，并输送至锁相放大器进行解调，锁相放大器解调后输出二次谐波信号。