[发明专利]多组分气体浓度检测及温度误差修正方法

说明书

本发明公开了一种多组分气体浓度检测及温度误差修正方法，属于光谱非接触测量技术领域。解决了现有技术检测步骤复杂、检测效率低的问题，包括以下步骤：利用波长调制技术驱动DFB激光器；采集含有气体浓度信息的回波信号；基于FPGA构建谐波检测电路；以调制频率的倍频作为参考信号通过锁相放大器对透射光进行相敏检波，从噪声中提取二次谐波信号，利用FPGA高速处理信号设计正交锁相放大器，用参考正弦和余弦信号与采集的原始信号相乘，经低通滤波器和矢量运算后得到锁相放大器的最终输出，即2f谐波信号；采用二次谐波幅值反演CO、CO₂浓度。本发明可用于多组分气体浓度检测及温度误差修正。

技术领域

本发明涉及一种多组分气体浓度检测及温度误差修正方法，属于光谱非接触测量技术领域。

背景技术

CO和CO₂的浓度检测在安全预警、工业生产监控、环境保护等方面具有重要意义。对CO和CO₂实时检测在矿井生产时可以有效地判断气体泄露情况避免火灾等事故发生；如烯烃等工业生产时可在线检测气体组分，对不合理的配比进行改进，提高产出效率；在大气环境监测方面可对火电厂排气进行检测，了解燃烧状况，对燃料资源充分利用。

传统的检测方法有电化学法，气相色谱法等，这些方法监测范围窄，容易受到环境干扰，因此精度不高。而光声光谱法，非分散红外吸收法等适用于检测低浓度和实时性要求不高的应用场合。在众多方法中，可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy，TDLAS)具有对特定谱线选择吸收的特性，检测灵敏度高，响应时间短，可实现实时监测。

多组分气体的检测往往需要多个不同中心波长的激光器复用，这样检测系统的体积与纷杂程度随之增加，不满足便携检测的需求。因此，如何提供一种减少激光器使用数目又能实现多组分气体浓度检测的方法是TDLAS检测气体浓度技术现有的一大需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多组分气体浓度检测及温度误差修正方法，实现一个激光器同时检测两种气体成分的功能，并且具有检测灵敏度高，响应时间短的特点。

所述的多组分气体浓度检测及温度误差修正方法，包括以下步骤：

(1)利用波长调制技术驱动DFB激光器；

(2)采集含有气体浓度信息的回波信号；

(3)基于FPGA构建谐波检测电路；

以调制频率的倍频作为参考信号通过锁相放大器对透射光进行相敏检波，从噪声中提取二次谐波信号，利用FPGA高速处理信号设计正交锁相放大器，用参考正弦和余弦信号与采集的原始信号相乘，经低通滤波器和矢量运算后得到锁相放大器的最终输出，即2f谐波信号；

假设待测信号和两路参考信号分别为：

x(t)＝Asin(ω₀t+θ)+n(t) (3)

r₁(t)＝Bsin(ω₀t) (4)

r₂(t)＝Bcos(ω₀t) (5)

正弦参考信号和余弦参考信号分两路经相敏检波器和待测信号相乘，低通滤波后的输出为:

经过矢量运算得到的最终输出为：

(4)采用二次谐波幅值反演CO、CO₂浓度；