一种基于光谱重构技术的气体检测方法及系统

本公开涉及气体检测领域，尤其涉及一种基于光谱重构技术的气体检测方法及系统。

背景技术：

1、基于光谱重构技术的气体检测方法是一种利用光谱信息来识别和测量气体成分的方法，通常需要使用到光谱仪，光谱仪是进行光谱研究和物质结构分析，利用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器。光谱仪广泛应用于生物传感、环境监测、医学等众多科学研究与工业生产领域。传统光谱仪和光谱成像装置往往体积较大、结构精密、价格昂贵，而且对工作环境等条件有严格的要求，一般需要专业人员操作，以上这些情况对基于光谱重构技术的气体检测方法的发展带来了挑战。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种基于光谱重构技术的气体检测方法及系统。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于光谱重构技术的气体检测方法，应用于基于光谱重构技术的气体检测系统，所述系统包括：多个滤光片，滤光轮、红外热成像仪，所述多个滤光片安装于所述滤光轮上；所述方法包括：

3、获取所述多个滤光片中每个滤光片的光谱透过率，得到所述滤光片对应的多个光谱透过率；

4、通过所述红外热成像仪获取每个滤光片遮挡下的氮气的第一光强度，得到所述多个滤光片对应多个第一光强度；

5、通过所述红外热成像仪获取每个滤光片遮挡下的待测气体的第二光强度，得到所述多个滤光片对应多个第二光强度；

6、通过所述多个光谱透过率和所述多个第一光强度确定第一光谱信息；

7、通过所述多个光谱透过率和所述多个第二光强度确定第二光谱信息；

8、通过所述第一光谱信息和所述第二光谱信息确定所述待测气体。

9、可选地，所述获取所述多个滤光片中每个所述滤光片的光谱透过率，得到所述滤光片对应的多个光谱透过率，包括：

10、获取m个滤光片中每个所述滤光片在n个光谱数据点的光谱透过率；其中，m为滤光片的总数量，n为每个滤光片的光谱数据点数量，n＝m；

11、根据所述光谱透过率构建所述多个滤光片的m×n维光谱透过率矩阵。

12、可选地，所述系统还包括：气体室和气泵；所述通过所述红外热成像仪获取每个滤光片遮挡下的氮气的第一光强度，得到所述多个滤光片对应多个第一光强度，包括：

13、通过所述气泵向所述气体室中通入所述氮气；

14、通过所述红外热成像仪获取每个所述滤光片遮挡下的所述氮气的第一可视热图像；

15、根据所述第一可视热图像获取所述第一可视热图像对应的滤光片的所述第一光强度；

16、所述通过所述多个光谱透过率和所述多个第一光强度确定第一光谱信息，包括：

17、根据m个滤光片对应的m个所述第一光强度构建m×1维第一光强度矩阵；m为所述滤光片的总数量；

18、根据所述光谱透过率矩阵和所述第一光强度矩阵确定所述第一光谱信息。

19、可选地，所述系统还包括：气体室和气泵；所述通过所述红外热成像仪获取每个滤光片遮挡下的待测气体的第二光强度，得到所述多个滤光片对应多个第二光强度，包括：

20、通过所述气泵向所述气体室中通入所述待测气体；

21、通过所述红外热成像仪获取每个所述滤光片遮挡下的所述待测气体的第二可视热图像；

22、根据所述第二可视热图像获取所述第二可视热图像对应的滤光片的所述第二光强度；

23、所述通过所述多个光谱透过率和所述多个第二光强度确定第二光谱信息，包括：

24、根据m个滤光片对应的m个所述第二光强度构建m×1维第二光强度矩阵；m为所述滤光片的总数量；

25、根据所述光谱透过率矩阵和所述第二光强度矩阵确定所述第二光谱信息。

26、可选地，所述根据所述光谱透过率矩阵和所述第一光强度矩阵确定所述第一光谱信息，包括：

27、通过以下公式确定所述第一光谱信息：

28、i0＝(b1-x)c-1

29、其中，i0为所述第一光谱信息；

30、b1为所述第一光强度矩阵；

31、x为测量误差矩阵；

32、c为所述光谱透过率矩阵。

33、可选地，所述根据所述光谱透过率矩阵和所述第二光强度矩阵确定所述第二光谱信息，包括：

34、通过以下公式确定所述第二光谱信息：

35、ic＝(b2-x)c-1

36、其中，ic为所述第二光谱信息；

37、b2为所述第二光强度矩阵；

38、x为测量误差矩阵；

39、c为所述光谱透过率矩阵。

40、可选地，所述通过所述第一光谱信息和所述第二光谱信息确定所述待测气体，包括：

41、根据所述第一光谱信息和所述第二光谱信息确定所述待测气体在所述n个光谱数据点的吸光度；

42、根据所述吸光度确定所述待测气体。

43、可选地，所述根据所述第一光谱信息和所述第二光谱信息确定所述待测气体在所述n个光谱数据点的吸光度，包括：

44、通过以下公式确定所述吸光度：

45、

46、其中，a为n×1维吸光度矩阵，所述吸光度矩阵中的元素分别表示所述待测气体在所述n个光谱数据点的吸光度；

47、i0为所述第一光谱信息；

48、ic为所述第二光谱信息。

49、根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于光谱重构技术的气体检测系统，包括气体室、滤光片、滤光轮、红外热成像仪和气泵；

50、所述气体室，用于存放氮气或待测气体；

51、所述滤光片，用于对入射光进行调制，产生不同的光谱响应；

52、所述滤光轮，用于进行不同所述滤光片的切换；

53、所述红外热成像仪，用于拍摄下所述滤光片遮挡下所述气体室的可视热图像；

54、所述气泵，用于将所述氮气或所述待测气体通入所述气体室中，或用于将所述氮气或所述待测气体排出所述气体室中；

55、其中，所述滤光轮用于安装所述滤光片，所述气体室、装载有所述滤光片的所述滤光轮、所述红外热成像仪依次位于同一水平直线上，所述气泵位于所述气体室一侧。

56、可选地，所述系统还包括：黑体辐射源；

57、所述黑体辐射源与所述气体室、装载有所述滤光片的所述滤光轮、所述红外热成像仪依次位于同一水平直线上；

58、所述黑体辐射源，用于调整所述红外热成像仪在拍摄可视热图像时的背景温度。

59、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

60、在上述技术方案中，获取该多个滤光片中每个滤光片的光谱透过率，得到该滤光片对应的多个光谱透过率；通过该红外热成像仪获取每个滤光片遮挡下的氮气的第一光强度，得到该多个滤光片对应多个第一光强度；通过该红外热成像仪获取每个滤光片遮挡下的待测气体的第二光强度，得到该多个滤光片对应多个第二光强度；通过该多个光谱透过率和该多个第一光强度确定第一光谱信息；通过该多个光谱透过率和该多个第二光强度确定第二光谱信息；通过该第一光谱信息和该第二光谱信息确定该待测气体。上述技术方案通过红外吸收光谱法检测气体，可减少对光谱仪依赖，并且实现结构简单、体积小、成本低廉，能够解决现有技术中检测装置体积较大、结构复杂、价格昂贵的问题。

61、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。