[發(fā)明專利]一種基于光譜吸收原理檢測微量氣體濃度的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011121281.8
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112577913B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于長松;楊浩霖;李榮書
• 申請（專利權(quán)）人: 山東拙誠智能科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京怡豐知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

本發(fā)明提供一種基于光譜吸收原理檢測開放光程上微量氣體濃度的方法及系統(tǒng)，設(shè)有PCB控制電路、激光器發(fā)射器、光電探測器，激光發(fā)射器、光電探測器分別與PCB控制電路連接；PCB控制電路包括MCU模塊、放大濾波模塊、相移及相敏檢測模塊、ADC采樣模塊、自校準模塊，激光發(fā)射器與被測氣體之間設(shè)有準直透鏡，光電探測器與被測氣體之間設(shè)有非球面鏡，非球面鏡將反射后的激光聚到光電探測器，光電探測器用于測量反射光功率。其解決了現(xiàn)有激光檢測方法無法避免環(huán)境噪聲的干擾、電路與算法復雜、成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于氣體濃度檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微量氣體濃度檢測的方法及系統(tǒng)，特別是涉及一種基于光譜吸收原理檢測微量氣體濃度的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

微量氣體檢測是人類實踐活動中需要經(jīng)常面對的問題，對于生產(chǎn)、環(huán)保、安全、健康具有重要意義，有些有毒、有害氣體，例如H₂S、CO、CH₄等，極低濃度就能對人們的生命與財產(chǎn)安全造成威脅，對于此類氣體，檢測方法必須要做到實時、快速、下限低、精度高。

傳統(tǒng)的激光檢測方法大多采用TDLAS技術(shù)，向待測區(qū)域發(fā)射調(diào)制激光，對接收到的反射光信號進行放大、鎖相、濾波、傅里葉變換等處理，最后根據(jù)一次諧波與二次諧波的關(guān)系，用比爾朗伯吸收定律反演出氣體濃度，該方法最大的缺點是無法避免環(huán)境噪聲的干擾，電路與算法復雜、成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有激光檢測方法無法避免環(huán)境噪聲的干擾、電路與算法復雜、成本高的技術(shù)問題，提供一種可以有效避免環(huán)境噪聲的干擾、電路與算法簡單、成本較低的基于光譜吸收原理檢測微量氣體濃度的方法及系統(tǒng)。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于光譜吸收原理檢測開放光程上微量氣體濃度的系統(tǒng)，設(shè)有PCB控制電路、激光器發(fā)射器、光電探測器，激光發(fā)射器、光電探測器分別與PCB控制電路連接，所述激光發(fā)射器自身設(shè)有背光探測器；

PCB控制電路包括MCU模塊、放大濾波模塊1、相移及相敏檢測模塊1、ADC采樣模塊1，放大濾波模塊1與相移及相敏檢測模塊11電連接，相移及相敏檢測1模塊與ADC采樣模塊電連接，ADC采樣模塊1與MCU模塊電連接；

激光發(fā)射器與被測氣體之間設(shè)有準直透鏡，光電探測器與被測氣體之間設(shè)有非球面鏡，非球面鏡將反射后的激光聚到光電探測器，光電探測器用于測量反射光功率；

所述激光發(fā)射器包括參考激光器和測量激光器，所述參考激光器用于發(fā)射不能被測量環(huán)境與被測氣體吸收的參考激光，所述測量激光器用于發(fā)射能夠被被測氣體吸收的測量激光。

優(yōu)選的，激光發(fā)射器與準直透鏡之間設(shè)有合束器；

所述PCB控制電路還包括自校準模塊，所述自校準模塊輸出端與所述MCU模塊電連接，所述自校準模塊輸入端與所述激光發(fā)射器電連接，所述自校準模塊用于校正參考激光與測量激光發(fā)射光強度的比例系數(shù)。

優(yōu)選的，自校準模塊包括放大濾波模塊2、相移及相敏檢測模塊2、ADC采樣模塊2，放大濾波模塊2輸入端與激光發(fā)射器電連接，放大濾波模塊2輸出端與相移及相敏檢測模塊2的輸入端電連接，相敏檢測模塊2的輸出端與ADC采樣模塊2的輸入端電連接，ADC采樣模塊2的輸出端與MCU模塊電連接。

優(yōu)選的，光電探測器與PCB控制電路上的放大濾波模塊1電連接，放大濾波模塊1將有用的電信號進行倍數(shù)放大，使有用的電信號達到相移及相敏檢測模塊1的檢測幅值。

優(yōu)選的，PCB控制電路還包括溫控模塊、恒流模塊、調(diào)制模塊、通訊模塊、液晶顯示，溫控模塊、恒流模塊、調(diào)制模塊均與激光發(fā)射器電連接，溫控模塊用于控制激光發(fā)射器的溫度，恒流模塊用于控制激光發(fā)射器的電流，調(diào)制模塊用于產(chǎn)生激光發(fā)射器所需頻率的正弦波，通訊模塊用于向后臺傳遞檢測信息，液晶模塊用于顯示檢測結(jié)果。