[發(fā)明專利]氣體濃度檢測的多頻調(diào)制方法、氣體濃度檢測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010430751.2
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111398216A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陽春華;錢灝;羅旗舞;劉紫懷;桂衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發(fā)明公開了一種氣體濃度檢測的多頻調(diào)制方法、氣體濃度檢測方法及系統(tǒng)，該多頻調(diào)制方法包括：步驟S1：調(diào)節(jié)基礎(chǔ)調(diào)制信號的幅值使得多頻調(diào)制的氣體濃度檢測系統(tǒng)輸出的二次諧波吸收曲線中峰值點橫坐標(biāo)與背景干涉條紋包絡(luò)的極小值點橫坐標(biāo)相同；步驟S2：基于抖動調(diào)制信號的幅值調(diào)節(jié)區(qū)間、頻率調(diào)節(jié)區(qū)間分別調(diào)節(jié)所述抖動調(diào)制信號的幅值和頻率。其中，本發(fā)明在原單頻調(diào)制系統(tǒng)中加入抖動調(diào)制信號構(gòu)成多頻調(diào)制系統(tǒng)，且通過調(diào)節(jié)基礎(chǔ)調(diào)制信號的幅值以及抖動調(diào)制信號的幅值和頻率可以有效地抑制背景干涉條紋噪聲，有利于提高信噪比和系統(tǒng)氣體濃度檢測精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于氣體濃度檢測的多頻調(diào)制方法、氣體濃度檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基于可調(diào)諧激光的TDLAS技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型光譜檢測技術(shù)。其采用非接觸式的測量方式，可以對待測樣本進行精確選擇分析，具有檢測靈敏度高、分辨率高、實時性好等優(yōu)點。因此，TDLAS技術(shù)已成為氣體在線檢測的主要手段。

激光在光學(xué)元件表面發(fā)生多次反射會引起干涉條紋，表現(xiàn)為一種周期性的低頻噪聲混疊在諧波信號中，對氣體濃度特征值檢測造成極大影響。干涉條紋受到驅(qū)動電流、激光器溫度、標(biāo)準(zhǔn)具長度等多種因素的影響。為了能夠有效抑制干涉條紋，科研工作者們提出了一些可行的方法。郭心騫等人提出了一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的多次去噪方法來降低多光程吸收光譜中的干涉噪聲。D.S.Bomse等人提出了一種自適應(yīng)奇異值分解算法。Alan Fried等人介紹了一種采用壓強調(diào)制技術(shù)的半導(dǎo)體激光器，使多程吸收池中產(chǎn)生的干涉條紋最小化。此外，其他學(xué)者還提出了諸如平衡式氣體檢測法，傅里葉分析法，數(shù)字信號處理等方法。這些方法雖然對抑制干涉條紋有一定效果，但是會增加系統(tǒng)軟件算法和硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，影響系統(tǒng)實時性，且無法適用于不同檢測對象，適應(yīng)性不強。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氣體濃度檢測的多頻調(diào)制方法、氣體濃度檢測方法及系統(tǒng)，所述方法在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，從TDLAS-WMS系統(tǒng)調(diào)制信號的角度考慮，即在原有的調(diào)制信號的基礎(chǔ)上添加抖動調(diào)制信號，無需新增復(fù)雜的噪聲抑制算法，利用所述方法可以有效抑制背景干涉條紋噪聲，有利于提高信噪比和系統(tǒng)氣體濃度檢測精度。

一方面，本發(fā)明提供一種氣體濃度檢測的多頻調(diào)制方法，包括如下步驟：

步驟S1：調(diào)節(jié)基礎(chǔ)調(diào)制信號的幅值使得多頻調(diào)制的氣體濃度檢測系統(tǒng)輸出的二次諧波吸收曲線中的峰值點橫坐標(biāo)與背景干涉條紋包絡(luò)的極小值點橫坐標(biāo)相同；

其中，在基于TDLAS-WMS單頻調(diào)制的氣體濃度檢測系統(tǒng)中加入抖動調(diào)制信號得到多頻調(diào)制的氣體濃度檢測系統(tǒng)，所述多頻調(diào)制的氣體濃度檢測系統(tǒng)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(gòu)成；加入的抖動調(diào)制信號的頻率初始值和幅值初始值為預(yù)設(shè)值；

步驟S2：基于抖動調(diào)制信號的幅值調(diào)節(jié)區(qū)間、頻率調(diào)節(jié)區(qū)間分別調(diào)節(jié)所述抖動調(diào)制信號的幅值和頻率。