一种高精度气体浓度检测方法及检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体浓度检测技术领域，具体地说，是涉及一种高精度气体浓度检测 方法及检测装置。
【背景技术】
[0002] 光谱气体分析技术通过测量气体透光率来反演分析气体浓度，因此要准确测量被 测气体浓度，必须精确测量气体的透光率。粉尘、视窗污染以及激光器功率衰减变化等因素 都会使测量气体透光率发生变化，消除透光率的影响需找到一个在透光率发生变化时，与 吸收二次谐波峰峰值同步、同比例变化的影响因子，以吸收谐波峰峰值与该因子相除来消 除透光率变化对仪器线性度的影响。如何找到与吸收谐波峰峰值同步、同比例变化的影响 因子，成为本发明的关键。理论上讲，有多个因子可以选择，但是由于器件、电路等因素对所 选因子的影响结果有很大的不确定性。
[0003] 目前较多采用的检测方法是通过控制激光器的输入电流和工作温度使激光频率 扫描被测气体的吸收谱线，在频率扫描范围内，可以测量得到二次谐波信号幅值和直流分 量信号，由于气体的浓度是由透射光强的二次谐波信号与直流分量信号的比值来决定，二 者比值为：
【主权项】
1. 一种高精度气体浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)、运放加法器将低频三角波扫描信号、高频正弦波调制信号以及直流信号相加后作 用到激光器驱动电路，作为激光器驱动电路的电流输入； (2 )、激光驱动电路驱动激光器发射激光信号，穿过气室内的被测气体； (3) 、光电检测器接收经过气室内相关气体吸收后输出的激光信号并进行光电检测，转 换为电压信号并输入至检测滤波单元； (4) 、检测滤波单元将转换后的电压信号进行带通滤波处理后输出的信号其中一路依 次经前置放大、锁相放大、以及低通滤波处理后，得到二次谐波信号，另外一路经有效值转 换电路得到有效值信号，以及将该有效值信号进行低通滤波处理并输出； (5) 、数据处理单元接收二次谐波信号以及有效值信号，并进行A/D转换，采样计算其 波峰值K_ax、波谷值K_ in、以及有效值Kkms，所述有效值Kems为有效值信号在二次谐波信号 的波峰采样时刻处的有效值； (6) 、数据处理单元计算待测气体浓度Z，其中，
2. 根据权利要求1所述的气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤（5)中，查找到两 个波谷值，K^linl和K atmin2，所述步骤（6)中，
3. 根据权利要求2所述的气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤（4)中的锁相放大 步骤中，输入高频正弦波调制信号的二倍频信号作为参考信号。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的气体浓度检测方法，其特征在于，在所述步骤（3)和 步骤（4)之间还包括自动增益控制步骤，将转换后的电压信号的直流值放大至恒定值。
5. -种高精度气体浓度检测装置，其特征在于，包括激光发射装置和光电检测器，所 述激光发射装置包括激光器驱动电路和激光器，所述激光器驱动电路的输入端与加法器连 接，所述光电检测器与检测滤波单元和数据处理单元连接，所述检测滤波单元包括顺次相 连接的电流-电压转换电路、带通滤波电路和前置放大电路，所述带通滤波电路的输出端 其中一路顺次与前置放大电路、锁相放大电路和第一低通滤波电路连接，另外一路顺次与 有效值转换电路以及第二低通滤波电路连接，所述第一低通滤波电路和第二低通滤波电路 的输出端分别与数据处理单元连接。
6. 根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，在所述的电流-电压转换电路和带通 滤波电路之间连接有自动增益控制电路。
7. 根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述锁相放大器的另外一输入端连 接有移相倍频电路，用于接收高频正弦波调制信号。
8. 根据权利要求5-7任一项所述的检测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括A/D 转换电路，所述第一低通滤波电路和第二低通滤波电路的输出端分别与所述A/D转换电路 的输入端连接。
9. 根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，在所述的电流-电压转换电路和带通 滤波电路之间连接有自动增益控制电路。
【专利摘要】本发明公开了一种高精度气体浓度检测方法及检测装置，所述检测方法包括以下步骤：为激光器驱动电路输入电流；激光驱动电路驱动激光器发射激光信号，穿过气室内的被测气体；光电检测器接收经过气室内相关气体吸收后输出的激光信号并进行光电检测，转换为电压信号并输入至检测滤波单元；检测滤波单元进行带通滤波处理后输出的信号其中一路经过锁相放大电路得到二次谐波信号，另外一路经有效值转换电路得到有效值信号；采样计算其波峰值 Vppmax、波谷值 Vppmin、以及有效值 V RMS；据处理单元计算待测气体浓度 X 。本气体浓度检测方法可以精确测量气体的浓度，并消除电路和透光率变化对气体浓度测量产生的影响，使得检测精度得到提高。
【IPC分类】G01N21-39
【公开号】CN104535530
【申请号】CN201410731072
【发明人】张可可, 郑学勇, 刘世萱, 齐勇, 赵强, 孙金伟, 李选群, 苗斌
【申请人】山东省科学院海洋仪器仪表研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月5日