[發明專利]氣體濃度檢測的多頻調制方法、氣體濃度檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202010430751.2
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111398216A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 陽春華;錢灝;羅旗舞;劉紫懷;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種氣體濃度檢測的多頻調制方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S1：調節基礎調制信號的幅值使得多頻調制的氣體濃度檢測系統輸出的二次諧波吸收曲線峰值點橫坐標與背景干涉條紋包絡的極小值點橫坐標相同；

其中，在基于TDLAS-WMS單頻調制的氣體濃度檢測系統中加入抖動調制信號得到多頻調制的氣體濃度檢測系統，所述多頻調制的氣體濃度檢測系統輸出的二次諧波信號由二次諧波吸收信號疊加背景干涉條紋構成；加入的抖動調制信號的頻率初始值和幅值初始值為預設值；

步驟S2：基于抖動調制信號的幅值調節區間、頻率調節區間分別調節所述抖動調制信號的幅值和頻率。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述抖動調制信號的幅值理論最優值至少位于所述幅值調節區間內，所述抖動調制信號的幅值理論最優值由零階貝塞爾函數項達到第一零點處時得到。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述抖動調制信號的幅值理論最優值如下：

M_d＝0.383/2lξ

式中，M_d為抖動調制信號的幅值理論最優值，l是標準具長度，ξ是激光器頻率-電流調諧系數。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述幅值調節區間為：[5，M_d+30]μA，M_d為抖動調制信號的幅值理論最優值。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：基于抖動調制信號的幅值調節區間、頻率調節區間分別調節所述抖動調制信號的幅值和頻率的過程如下：

在所述幅值調節區間的范圍以ΔMc等間距調節所述抖動調制信號的幅值，并每次調節幅值后采集N個二次諧波吸收曲線的峰值，再比較不同幅值下二次諧波吸收曲線的峰值的噪聲水平，最后選取噪聲水平最低時對應的幅值作為抖動調制信號的幅值，N為正整數；

在所述頻率調節區間的范圍以Δωc等間距調節所述抖動調制信號的頻率，并每次調節頻率后采集N個二次諧波吸收曲線的峰值，再比較不同頻率下二次諧波吸收曲線的峰值的噪聲水平，最后選取噪聲水平最低時對應的頻率作為抖動調制信號的頻率。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述頻率調節區間為：[0.2ω₁，0.4ω₁]，ω₁是基礎調制信號的頻率。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟S2中先調節所述抖動調制信號的幅值，再調節抖動調制信號的頻率。

8.一種氣體濃度檢測的多頻調制方法，其特征在于：利用權利要求1所述的方法確定的基礎調制信號的幅值、抖動調制信號的幅值及頻率的氣體濃度檢測系統檢測其他氣體對象的濃度時，所述多頻調制方法包括如下步驟：

首先，搭建權利要求1確定的所述氣體濃度檢測系統，用于檢測其他氣體對象的濃度；

然后，調節基礎調制信號的幅值使得所述氣體濃度檢測系統輸出的二次諧波吸收曲線中的峰值點橫坐標與當前背景干涉條紋包絡的極小值點橫坐標相同。

9.一種氣體濃度檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

首先，利用權利要求1或者權利要求8所述方法調節基礎調制信號的幅值、抖動調制信號的幅值及頻率；

其次，基于調制后的氣體濃度檢測系統檢測氣體濃度。

10.一種氣體濃度檢測系統，其特征在于：包括：鎖相放大器、激光驅動器、溫控模塊、激光器、玻璃瓶以及光電探測器，其中，激光驅動器和光電探測器均與所述鎖相放大器連接，所述溫控模塊內置于所述激光驅動器，所述激光驅動器以及溫控模塊均與所述激光器連接，所述玻璃瓶設置于所述激光器的激光發射端一側并置于激光器和光電探測器之間，所述玻璃瓶內裝有待檢測濃度的氣體；

所述鎖相放大器輸出驅動電流信號至激光驅動器，所述驅動電流信號由低頻鋸齒波、基礎調制信號以及抖動調制信號組成，所述基礎調制信號的幅值、抖動調制信號的幅值及頻率根據權利要求1或者權利要求8所述方法確定；

激光驅動器從鎖相放大器接收驅動電流信號后生成控制電流并與溫控模塊共同控制激光器發射調制光；

激光器發射的調制光經過玻璃瓶后被光電探測器接收，所述光電探測器將光信號轉換為吸收電信號，并輸送至鎖相放大器進行解調，鎖相放大器解調后輸出二次諧波信號。