[發明專利]一種氣體濃度測量方法及裝置

無效

• 申請號: 201310507536.8
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103528959A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 牛麒斌;曾繁華;張永鵬;金多
• 申請（專利權）人: 重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及氣體測量技術領域，更具體的說是涉及一種氣體濃度測量方法及裝置。

背景技術

隨著人類生存環境的惡化，環境污染對人類的健康和安全的影響日益成為人們密切關注的問題，而工業生產作為造成環境污染的主要因素之一，對其環境的檢測也已成為當今技術研究的重點，尤其是對其生產過程中產生的氣體濃度的檢測。如今，隨著半導體激光吸收光譜技術的發展，得知被測氣體只能夠對特定波長的激光進行吸收，又根據朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律得知，半導體激光穿過被測氣體的光強衰減與被測氣體的濃度成一定的函數關系，因此，在實際應用中可通過測量待測氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。

目前，通常都是采用激光氣體分析儀來實現對待測氣體濃度的檢測，其中，該激光氣體分析儀包括發射單元、測量氣室、接收單元和分析儀單元，通過發射單元發出特定波長的激光束，穿過測量氣室（其內部是待測氣體）之后，由所述接收單元接收穿過待測氣體的信號，并將其轉換成光強信號，并通過所述分析單元對光強信號以及發射單元發出的激光信號進行分析，從而確定待測氣體的濃度。

其中，所述發射單元包括可調諧激光二極管和光源驅動器，該可調諧發光二極管是由光源驅動器提供其工作所需的溫度和電流，并通過所述溫度和電流來控制發出的激光的波長，所以，對于上述特定波長的激光束可通過溫度或電流兩種調節方式來獲得，而由于對可調諧激光二極管的電流信號進行調節的方式能夠獲取較快的頻率調諧速度，所以，在實際應用中，通常都是采用電流調節方式，即通過一鋸齒波信號對所述光源驅動器輸出的驅動信號進行調制，從而實現對可調諧激光二極管的電流信號的調制，進而得到具有特定波長的激光束。但是，由于激光氣體分析儀光源（即所述可調諧激光二極管）發出的激光束的光強本身就很微弱，接收單元接收到的穿過待測氣體的激光信號的光強必然會更加微弱，這樣很難根據光強的衰減信息精確地分析出待測氣體的濃度，大大影響了待測氣體濃度的測量精度；另外，由于受檢測環境的影響，上述激光氣體分析儀光源調制與解調方法得到的光強信號中干擾信號很多，使得所述光強信號的信噪比較低，大大影響了待測氣體濃度的測量精度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種氣體濃度測量方法與裝置，解決了現有技術中因接收單元接收到的光強信號微弱以及信噪比低，而影響待測氣體濃度的測量精度的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種氣體濃度測量方法，包括：

對第一方波信號與三角波信號進行疊加，得到第一疊加信號；

對所述第一疊加信號與正弦波信號進行疊加，得到第二疊加信號；

使用所述第二疊加信號對光源進行調制，得到預設波長的第一激光信號，并將所述第一激光信號射入待測氣體；

獲取從所述待測氣體射出的第二激光信號，并將所述第二激光信號轉換成光強信號輸出；

接收第二方波發生器發送的第二方波信號，并將所述第二方波信號作為本頻信號，對所述光強信號進行處理，得到二次諧波信號；

對所述二次諧波信號進行放大，得到待測諧波信號；

對所述待測諧波信號進行分析，確定待測氣體的濃度。

優選的，所述第一方波信號的頻率為第一預設頻率，所述三角波信號的頻率為第二預設頻率，所述正弦波信號的頻率為第三預設頻率；所述第二方波信號的頻率為第四預設頻率，其中，所述第一預設頻率等于所述第二預設頻率，所述第一預設頻率、所述第二預設頻率均小于所述第三預設頻率，所述第四預設頻率是所述第三預設頻率的2倍。

優選的，所述獲取所述待測氣體射出的第二激光信號，并將所述第二激光信號轉換成光強信號輸出具體為：

通過光電探測器獲取經所述待測氣體吸收后射出的第二激光信號，并將所述第二激光信號轉換成光強信號輸出。

一種氣體濃度測量裝置，包括：激光氣體分析儀，第一方波發生器、第二方波發生器、三角波發生器、正弦波發生器，第一疊加單元、第二疊加單元、處理單元和放大單元，其中，

所述第一疊加單元的輸入端分別與所述第一方波發生器的輸出端和所述三角波發生器的輸出端相連；

所述第二疊加單元的輸入端分別與所述第一疊加單元的輸出端和所述正弦波發生器的輸出端相連，輸出端與所述激光氣體分析儀的發射單元相連；

所述處理單元的輸入端分別與所述第二方波發生器輸出端和所述激光氣體分析儀的接收單元的輸出端相連，輸出端與所述放大單元的輸入端相連；

所述放大單元的輸入端與所述激光氣體分析儀的分析單元相連。