[发明专利]一种基于修正TDLAS背景信号漂移的气体浓度检测方法、系统及计算机可读存储介质

说明书

本发明公开了一种基于修正TDLAS背景信号漂移的气体浓度检测方法、系统及计算机可读存储介质，方法包括：S1：利用已知浓度的目标气体标定出浓度与2f信号峰值之间的线性关系；S2：获取二次谐波的背景信号历史数据，验证背景信号的复现性；S3：构建二次谐波的背景信号数据库；S4：对待测气体实际测量获取待测气体实时2f信号，利用背景信号历史数据库获取最相似待测气体实时2f信号的背景信号，记为相似背景信号；S5：利用相似背景信号获取待测气体实时2f信号的峰值，将峰值代入步骤S1的线性关系，反演出待测目标气体浓度。本发明克服了背景信号对测量结果的影响，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及测控技术领域，更具体地，涉及一种基于修正TDLAS背景信号漂移的气体浓度检测方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

随着半导体激光器的发展，可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy,TDLAS)技术有了巨大的进步，该技术利用气体分子对光的吸收测量气体浓度，具有非接触测量、响应速度块、良好的选择性、测量精度高等优点，可以满足不同环境下气体浓度的测量，近年来，得到很多研究人员的青睐。目前已经有了超过1000种TDLAS仪器应用于连续排放监测以及工业过程控制等领域，每年全球出售的TDLAS检测仪器占据了红外气体传感检测仪器总数的5％～10％，实现了不同领域气体浓度、温度、流速等参数的高精度探测，为各领域的发展提供了重要的技术保障。

基于TDLAS技术的波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy，WMS)技术被提出：先对波长高频调制，再采用谐波检测技术测得吸收信号的二次谐波(the SecondHarmonic，2f)，利用2f峰值与浓度之间的比例关系反演浓度。

在实际测量中，激光器存在非线性强度调制，即使在光程上没有目标气体的情况下，二次谐波信号也不为零。除此之外，电子设备的非线性、光学系统中的标准具、机械振动以及测量环境的变化等均会给二次谐波信号带来影响。将这些混合在一起的额外信号称为二次谐波的背景信号。

存在的背景信号会对2f信号造成干扰，测量时通常通过从2f信号中扣除背景信号的方法来消除这种干扰。但是，背景信号会在幅值和相位上都发生漂移，这给实时测量带来了更大的难度。

现有技术中，公开号为：CN111595818A中国发明专利，于2020年8月28日公开了一种可扩展宽温度范围内检测量程的激光吸收光谱检测系统的检测方法。激光吸收光谱检测系统包括激光器、吸收池、光电探测器、信号处理单元和控制器。吸收池中设有温度传感器。该方案没有考虑背景信号在幅值和相位上发生漂移对测量的影响。

发明内容

本发明为克服上述现有技术气体浓度反演测量中没有去除背景信号的影响，导致测量结果不准确的缺陷，提供一种基于修正TDLAS背景信号漂移的气体浓度检测方法、系统及计算机可读存储介质。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于修正TDLAS背景信号漂移的气体浓度检测方法，包括以下步骤：

S1：利用已知浓度的目标气体标定出浓度与2f信号峰值之间的线性关系；

S2：获取二次谐波的背景信号历史数据，验证背景信号的复现性；

S3：构建二次谐波的背景信号数据库；

S4：对待测气体实际测量获取待测气体实时2f信号，利用背景信号历史数据库获取最相似待测气体实时2f信号的背景信号，记为相似背景信号；

S5：利用相似背景信号获取待测气体实时2f信号的峰值，将峰值代入步骤S1的线性关系，反演出待测目标气体浓度。

进一步地，步骤S1所述的浓度与2f信号峰值之间的线性关系表达式为：