CN102998280A - 一种气体的在线检测方法和装置 - Google Patents

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CN102998280A CN 201110275446 CN201110275446A CN102998280A CN 102998280 A CN102998280 A CN 102998280A CN 201110275446 CN201110275446 CN 201110275446 CN 201110275446 A CN201110275446 A CN 201110275446A CN 102998280 A CN102998280 A CN 102998280A
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高致慧
陈升
陈子聪
黄必昌
曹志
洪泽华
王洪艳
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Abstract

本发明涉及构造一种气体的在线检测方法，包括如下步骤：产生调制驱动信号，使可调谐二极管激光器发出激光，并对所述激光分束输出两路光信号；使所述两路光信号中的一路通过待检测气体传输，得到检测光信号；另一路通过参考气体传输，得到参考光信号；分别将所述检测光信号和所述参考光信号经过光电转换并通过与锁相放大器处理得到其各自的二次谐波；对比并处理所述二次谐波，并得到所述待测气体的成分和浓度。本发明还涉及一种气体的在线检测装置。实施本发明的气体在线检测方法和装置，具有以下有益效果：使得检测时间较短、可实现非接触检测、可以在现场检测。

Description

一种气体的在线检测方法和装置
技术领域
本发明涉及物质的检测方法及装置，更具体地说，涉及一种气体的在线检测方法和装置。
背景技术
 当前，汽车逐渐成为重要的交通工具，同时汽车排放的大量有害气体日益威胁着人类健康和生存环境，是城市环境最主要的污染源之一。汽车排放污染物主要包括:二氧化碳(C02)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、微粒物(由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物等组成)和硫化物等。目前，常见的气体检测技术主要有气相色谱法、傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）、光声光谱PAS技术、化学催化传感器等, 色谱分析要求对污染气体进行采样、处理, 难以进行实时探测分析，而化学催化传感器的寿命短, 稳定性较差, 受环境影响较大。这些方法都具有测试时间长、成本高、不便于实地操作的缺陷。随着城市化进程加快,对气体进行在线检测变得越来越重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述测试时间长、成本高、不便于实地操作的缺陷，提供一种测试时间短、成本低、便于操作的一种气体的在线检测方法和装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种气体的在线检测方法，包括如下步骤：
     A）产生调制的驱动信号，使可调二极管激光器发出激光，并对所述激光分束输出两路光信号；
     B）使所述两路光信号中的一路通过待检测气体传输指定距离，得到检测光信号；另一路通过参考气体传输指定距离，得到参考光信号；
     C）分别将所述检测光信号和所述参考光信号经过光电转换并通过与锁相放大器处理得到其各自的二次谐波；
     D）对比并处理所述二次谐波，并得到所述待测气体的成分和浓度。 
在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述步骤A）中进一步包括：
     A1）产生锯齿波驱动信号并将其进行DA转换；
     A2）产生正弦波驱动信号并将其进行DA转换；
     A3）使用已进行DA转换的正弦波驱动信号对所述已进行DA转换的锯齿波驱动信号进行调制，得到调制的驱动信号。
在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述步骤C）中，对所述参考光信号和所述检测光信号的处理步骤相同；对所述参考光信号或所述检测光信号的处理步骤分别进一步包括：
     C1）将光信号进行光电转换并进行AD变换；
     C2）将上一步骤中得到的信号分别与锁相放大器输出的两路正交的、其频率为二次谐波的参考信号相乘并分别进行低通滤波；
     C3）取得上一步骤中得到的两路信号的矢量和，得到该光信号的二次谐波。
在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述步骤D）进一步包括：
     D1）对所述参考光信号和所述检测光信号进行步骤C）处理后得到的二次谐波信号进行差分运算；
     D2）依据所述运算结果得到所述待测气体的浓度。
在本发明所述的气体的在线检测方法中，所述驱动信号产生、所述锁相放大器以及对所述二次谐波的取得及运算均在同一个FPGA中实现。 
本发明还涉及一种气体的在线检测装置，包括用于产生驱动信号的驱动信号产生模块、用于将所述驱动信号产生模块所产生的驱动信号进行DA转换并调制而形成调制的驱动波形的调制模块、用于将所述可调二极管激光器所发激光分为两路的分束器、用于容纳待检测气体并使所述分束器分出的一路光信号在其中传输成为检测光信号的待检测气体空间、用于容纳参考气体并使所述分束器分出的另一路光信号在其中传输成为参考光信号的参考气体空间、用于将所述参考光信号转换为电信号并进行DA转换的参考光电转换模块、用于将所述待测光信号转换为电信号并进行DA转换的待测光电转换模块，用于由所述参考光电转换模块输出中取得其二次谐波分量的参考信号二次谐波取得模块，用于由所述待测光电转换模块的输出中取得其第二谐波分量的待测信号二次谐波取得模块以及用于将所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块输出处理并得到所述待测气体浓度的信号处理模块。
在本发明所述的气体的在线检测装置中，所述驱动信号产生模块包括产生用于扫描待测气体的特征谱线的锯齿波的锯齿波产生单元和产生用于调制所述锯齿波的正弦波的正弦波产生单元，所述锯齿波产生单元和所述正弦波产生单元分别输出到所述调制模块；所述正弦波产生单元还输出正弦波到所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块并分别作为其参考信号。 
在本发明所述的气体的在线检测装置中，所述参考光电转换模块包括依次连接的第一PIN管和第一DA转换单元；所述待测光电转换模块包括依次连接的第二PIN管和第二DA转换单元；所述参考信号二次谐波取得模块使用两个正交的参考信号分别与所述参考信号二次谐波取得模块的输入相乘的乘法器、分别将所述两个乘法器输出滤波的两个低通滤波器以及取得所述两个低通滤波器输出的矢量和的矢量运算单元；所述待测信号二次谐波取得模块使用两个正交的参考信号分别与所述待测信号二次谐波取得模块的输入相乘的乘法器、分别将所述两个乘法器输出滤波的两个低通滤波器以及取得所述两个低通滤波器输出的矢量和的矢量运算单元。
在本发明所述的气体的在线检测装置中，所述信号处理模块进一步包括：
   差分运算单元：用于对所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块的输出量进行差分运算，并得到运算结果； 
       查表单元：用于依据上述运算结果查表，得到待测气体的浓度值。
在本发明所述的气体的在线检测装置中，所述驱动信号产生模块、所述参考信号二次谐波取得模块、待测信号二次谐波取得模块以及所述信号处理模块设置在同一FPGA芯片内。
实施本发明的气体的在线检测方法和装置，具有以下有益效果：由于将可调制激光二极管所发出的光分为两路，一路通过待检测气体，而另一路通过参考气体，再比较这两路光信号的差别，进而得到待检测气体的成分、浓度；同时，将驱动信号的产生、光信号的转换为电信号后的处理及运算均设置在同一可编程逻辑器件上，这使得检测的时间较短、检测成本较低、可以在现场检测。
附图说明
图1是本发明一种气体的在线检测方法和装置实施例中的方法流程图；
图2是图1中驱动信号产生步骤的进一步的流程图；
图3是图1中取得二次谐波分量步骤的进一步的流程图；
图4是所述实施例中气体的在线检测装置的结构示意图；
图5是所述实施例中气体的在线检测装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作出进一步说明。
如图1所示，在本发明的一种气体的在线检测方法和装置实施例中，其气体在线检测方法流程如下：
步骤S11 产生调制的驱动波形，使可调二极管激光发光：在实施例中，需要使用光线通过待测的气体，因此，首先要满足的条件，就是产生出要求的光信号，在本步骤中，产生调制的驱动信号，这些驱动信号使得作为光源的可调二极管激光器发出激光，该激光将用于后续的测试步骤。至于如何得到调制的驱动信号，在稍后会有较为详细的描述。
步骤S12 对产生的激光进行分束，使其成为两路：在本步骤中，对上述步骤中得到的激光进行分束，使其分为两路传输，在本实施例中，就是使得上述激光通过分束器，该分束器输出两路参数一致的激光束，作为开始测试的光信号。
步骤S13 一路通过待测气体，得到待测光信号：在本步骤中，使得上述两路光信号中的一路通过待检测气体并传输指定距离，得到检测光信号。值得一提的是，在本实施例中，步骤S13、S14与步骤S15、S16之间是并行的，也就是说，两路光信号同时通过不同的传输介质（待测气体和参考气体）传输指定的距离后，得到不同的光信号，再分别对这些不同的光信号进行处理，并对处理结果进行运算。光信号传输时是并行的，对其处理也是并行的，最后再将这些并行得到的信号合起来并经过处理或运算，得到表示待测气体浓度的信号量。
步骤S14 光电转换，处理并得到待测光信号二次谐波分量：在本步骤中，先将得到的待测光信号进行光电转换，使得其转换为电信号，在处理得到的电信号并从其中取出二次谐波分量。在本实施例中，对上述电信号并对其进行处理而得到二次谐波分量是通过数字锁相放大器来进行的。其具体的步骤在稍后有较为详细的描述。
步骤S15 另一路通过参考气体，得到参考光信号：在本步骤中，另一路通过参考气体并传输指定距离，得到参考光信号；
步骤S16 光电转换，处理并得到参考光信号二次谐波分量：在本步骤中，先将得到的参考光信号进行光电转换，使得其转换为电信号，在处理得到的电信号并从其中取出二次谐波分量。在本实施例中，对上述电信号并对其进行处理而得到二次谐波分量是通过数字锁相放大器来进行的。
步骤S17 差分运算：在本步骤中，将上述步骤S14和步骤S16中得到的二次谐波分量进行处理，具体而言是对这两个二次谐波分量进行差分运算，得到结果。这个结果与待测气体中的杂质浓度相关，其相互之间的关系被制成表格形式存储起来。本步骤中，就是得到上述结果。
步骤S18 依据运算结果查表得到待测气体浓度：在本步骤中，依据得到的结果，查表求得待测气体的浓度。
在本实施例中，请参见图2，上述步骤S11又包括如下步骤：
步骤S111 产生锯齿波：在本步骤中，利用一个锯齿波发生器产生一个连续的锯齿波；在本实施例中，上述锯齿波发生器是由一个FPGA内的逻辑电路组成的；
步骤S112 产生正弦波：在本步骤中，利用一个正弦波发生器产生一个连续的正弦波；在本实施例中，上述正弦波发生器是由步骤S111中同一个FPGA内的逻辑电路组成的；
步骤S113 将正弦波调制到上述锯齿波上，同时，输出正弦波：在本步骤中，将上述步骤中得到的正弦波和锯齿波合并在一起，即将正弦波调制到上述锯齿波上，形成调制的驱动信号，该调制的驱动信号作为可调二极管激光器的驱动信号输出到该可调二极管激光器，使其发光。同时，在本实施例中，上述正弦波还被输出，作为后续步骤的参考信号，例如，经过处理后作为数字锁相放大器的正交的参考信号。
在本实施例中，在经过分束器后，可调二极管激光器发出的激光被分为两路，其中一路通过待测气体，当其在待测气体中传输设定距离时，得到待测光信号；而另一路通过参考气体，当其在参考气体中传输设定距离之后得到参考光信号；之后，分别对上述待测光信号和参考光信号进行处理，取出其中的二次谐波分量。在本实施例中，这两个处理是同时进行的，也就是并行的，正如上述两路光传输一样，请参见图3，在图3中，其步骤下方标注的表达式是本实施例中采取该步骤后输出的信号表达式，例如，在图3中，以第一乘法器为例，其一个输入端输入的信号为                                                
Figure 780743DEST_PATH_IMAGE001
，另一个输入端输入的信号为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其输出端输出的信号为
Figure 884834DEST_PATH_IMAGE003
。其中，asin2ωt是二倍频信号，Kn是第n次谐波信息。如图3所示，对于待测光信号的处理步骤如下：
步骤S141 光电转换：在本步骤中，将已经在待测气体中传输了一定距离的光信号即待测光信号进行光电转换，使其转换为电信号；在本实施例中，使用一个光电二极管（即PIN管）来实现这一转换。
步骤S142 模数转换：光电转换后的电信号是一个连续模拟信号，在本步骤之后的处理方式都是以数字信号为主，因此，在本步骤中，将上述模拟信号进行模数转换，变为数字信号。
步骤S143 第二乘法运算：将上述步骤中得到的数字信号送到第二乘法器，与一个参考信号进行乘法运算；在本实施例中，上述参考信号是由前面所述的正弦波产生器提供的一个正弦波信号，在进入乘法器之前，可能经过变换或移相，因为在第二乘法器中使用的参考信号，与第一乘法器中使用的参考信号是一对正交的参考信号。
步骤S144 第二低通滤波：在本步骤中，对第二乘法器输出的信号进行第二低通滤波，去掉其基波取出其二次谐波分量。值得一提的是，上述步骤S143、S144和步骤S145、S146是同时进行的，其操作也是相同的，唯一不同的是，他们之间在做乘法运算时使用的参考信号不一样，而且其参考信号之间是正交的。
步骤S145 第一乘法运算：将上述步骤S142中得到的数字信号送到第一乘法器，与一个参考信号进行乘法运算；在本实施例中，上述参考信号是由前面所述的正弦波产生器提供的一个正弦波信号，在进入乘法器之前，可能经过变换或移相，因为在第一乘法器中使用的参考信号，与第二乘法器中使用的参考信号是一对正交的参考信号。
步骤S146 第一低通滤波：在本步骤中，对第一乘法器输出的信号进行第一低通滤波，去掉其基波取出其二次谐波分量。
步骤S147 矢量求和：通过上述步骤之后，在第一低通滤波和第二低通滤波分别得到一个二次谐波分量，在本步骤中，就是要将上述两个二次谐波分量进行矢量求和的运算，得到二次谐波信号；具体而言，设第一低通滤波后得到的二次谐波分量为x，第二低通滤波后得到的二次谐波分量为y，则在本步骤中进行
Figure DEST_PATH_IMAGE004
运算，得到其矢量和。
在本实施例中，对于参考光信号的处理与上述对于待测光信号的处理步骤是相同的，只不过是一个处理待测光信号，而另一个处理参考光信号；当分别由上述待测光信号和参考光信号中取得其二次谐波分量的矢量和之后，再将其进行差分运算、查表即可得到待测气体的浓度值。
在本实施中，还涉及一种气体的在线检测装置，其结构如图4所示，在图4中，该气体的在线检测装置包括：驱动信号产生模块40、调制模块41、分束器42、待检测气体空间43、待测光电转换模块44、待测信号二次谐波取得模块45、参考气体空间46、参考光电转换模块47、参考信号二次谐波取得模块48以及信号处理模块49；其中，驱动信号产生模块41用于产生驱动信号，调制模块42用于将驱动波形产生模块41所产生的驱动信号进行DA转换（数模转换）并调制而形成调制的驱动波形，用于驱动可调二极管激光器发出激光；分束器42用于将可调二极管激光器所发激光分为独立的两路，这两路光信号虽然参数是一样的，但是其在物理上是隔离的；待检测气体空间43用于容纳待检测气体并使分束器42分出的两路光信号中的一路在其中传输，这一路光信号在其中传输一定距离（即设定距离）之后成为检测光信号（其参数发生一定的变化）；待测光电转换模块44用于将上述待测光信号转换为电信号并进行DA转换，便于后续的处理；待测信号二次谐波取得模块45用于由待测光电转换模块44的输出中取得其信号的第二谐波分量；参考气体空间46用于容纳参考气体（在本实施例中，参考气体是纯净的空气）并使分束器42分出的另一路光信号在其中传输，该另一路光信号在其中传输设定距离后，成为参考光信号；参考光电转换模块47用于将参考光信号转换为电信号并进行DA转，得到数字形式的参考电信号；参考信号二次谐波取得模块48用于由参考光电转换模块47的输出信号中取得其二次谐波分量；信号处理模块49用于对参考信号二次谐波取得模块48和待测信号二次谐波取得模块45输出信号进行处理，得到表示待测气体中有害气体浓度的参数，并通过查表取得待测气体中有害气体浓度值。
在本实施例，上述驱动信号产生模块40、待测信号二次谐波取得模块45、参考信号二次谐波取得模块48以及信号处理模块49是设置在同一个FPGA内部的。这种设置可以使得充分兼顾在线气体检测所要求运算量和速度之间的矛盾，充分发挥FPGA速度快、可以并行运算、成本低的特点。
图5是本实施例中气体的在线检测（即在现场对气体进行检测）装置的更为详细的结构示意图，在图5中，驱动信号产生模块40包括：锯齿波发生单元401和正弦波产生单元402；其中，锯齿波发生单元401产生用于扫描待测气体的特征谱线的锯齿波；正弦波产生单元402产生用于调制上述锯齿波的正弦波。锯齿波产生单元401和正弦波产生单元402分别输出产生的信号到调制模块41；同时，正弦波产生单元401还输出正弦波（正交的正弦波信号）到参考信号二次谐波取得模块48和待测信号二次谐波取得模块45并分别作为这些模块的参考信号。 
如图5所示，在本实施例中，参考光电转换模块47包括依次连接的第一PIN管和第一DA转换单元；待测光电转换模块44包括依次连接的第二PIN管和第二DA转换单元；而参考信号二次谐波取得模块48使用两个正交的参考信号分别与其输入（输入到参考信号二次谐波取得模块48的、经过光电转换和AD变换的信号）相乘的乘法器（图中未示出）、分别将所述两个乘法器输出滤波的两个低通滤波器（图中未示出）以及取得所述两个低通滤波器输出的矢量和的矢量运算单元（图中未示出）。同样，待测信号二次谐波取得模块45使用两个正交的参考信号分别与所述待测信号二次谐波取得模块的输入相乘的乘法器、分别将所述两个乘法器输出滤波的两个低通滤波器以及取得所述两个低通滤波器输出的矢量和的矢量运算单元。也就是说，在本实施例中，上述参考信号二次谐波取得模块45和待测信号二次谐波取得模块48的结构实际上是相同，只不过不同的模块处理不同的信号而已，参考信号二次谐波取得模块48处理由参考光信号转换得到的电信号并取出其二次谐波分量；待测信号二次谐波取得模块48处理由待测光信号转换得到的电信号并取出其二次谐波分量；而且二者在物理上而言为并行的关系。
此外，在本实施例中，信号处理模块49进一步包括：用于对参考信号二次谐波取得模块45和待测信号二次谐波取得模块48的输出量进行差分运算，并得到运算结果的差分运算单元（图中未示出）；用于依据上述运算结果查表，得到待测气体的浓度值查表单元（图中未示出）。
总之，在本实施例中，由FPGA产生数字信号经DA转换后形成锯齿波和正弦波信号后输送到激光驱动模组的调制信号输入端。还可以设置温度控制模块，用于稳定激光器的输出。激光由分束器分束后，一路通过待测目标气体，另一路作为气体参考监测光束。两路光束分别经过一个PIN探测器后将光信号转化电信号，经AD转换后得数字信号送入数字锁相放大器滤波锁相，检测出其二次谐波信号，再由FPGA做相应处理，查表得到目标气体的成份及浓度等参数，并进行显示和存储等。在本实施例中，采用Altera生产的CycloneⅡ系列EP2C35F672C6N型号的芯片，可提高系统性能稳定；其还提供了一个片内CRC自动校验电路，可以在设计过程中轻松实现CRC校验、而不需要额外和复杂的外部逻辑，CRC校验是用来确保数据可靠的技术，也是减少单一事件干扰(SEU)最好的选择之一。
此外，在本实施例中所用的驱动可调二极管激光器的部分由高速调制驱动电路、自动功率控制(APC)和偏置、调制电流监控电路3大部分组成（图中未示出），其中，IN+和IN-用来输入由FPGA产生的调制信号。在调制电流达到60mA时，OUT+端所需的最小瞬变电压为0.7V；而电流在60mA至85mA之间时要求0.75V。这足够保证激光器上具有足够的电压，以达到驱动器输出电压的要求。PC_MON、BC_MON、MC_MON分别用于光电流、偏置电流以及调制电流监测输出，它们的输出电流分别经过一个电阻接地，产生对地参考输出电压。当这些电压中的任何一个大于VREF的电压时产生故障状态。VBS、VMD分别用于偏置电压和光电二极管电压监测，这里空置。BIAS是激光偏置输出，将它经一个电感接在激光二极管的负极上。上述驱动部分还包括APCSET、MODSET、MODBCOMP、TH_TEMP、MODTCOMP等端子分别用于设置所需的平均光功率、恒定调制电流、基于偏置的调制电流补偿、补偿温度电平（当温度超出此电平所示温度时，则进行调制电流补偿）以及所需的补偿系数，他们全部都经电阻接地，若不进行温度补偿时可以将MODBCOMP和MODTCOMP浮空，由于实验需求，这里都接一个可调电阻方便实验调谐。上述驱动部分还包括禁止输入(TX_DISABLE)、锁存故障输出(TX_FAULT和SHUTDOWN)和内部的故障检测器构成安全工作环境。该电路监测激光驱动器的工作情况，当产生故障时则进行强制关断，单点故障可能是短路至VCC或GND。TX_FAULT引脚是一个集电极开路输出的TTL发送端，这里不用，而SHUTDOWN是一个CMOS电平输出端，该电路由SHUTDOWN来关断控制电路，这样提供了一个冗余的激光器二极管关断方式，当产生故障时由一个高电平输出使晶体管关断，进而关断了激光输出，保护激光管。故障条件会一直被锁存，直到禁止输入(TX_DISABLE) 故障输出(TX_FAULT)接到触发TX_DISABLE或VCC复位为止。关断晶体管避免了由于激光器的单点故障而发生不安全的状况。
在本实施例中，上述激光驱动部分对于其电流输出分为两种情况进行相应耦合连接。第一种情况：当电流条件IMOD≤60mA时；此时用直流耦合方式。要求OUT+和OUT-上最小电压为0.7V；第二种情况：当电流条件IMOD>60mA，则要采用交流耦合方式。此时，若激光器采用直流耦合，激光驱动器正常工作的电压空间可能不够。为避免出现该问题，可采用交流耦合方式输出至激光二极管的阴极。所必需的外部上拉电感将调节输出直流偏置至VCC。这样的配置使激光器正向电压与输出电路隔离，并允许OUT+端的输出在电源电压VCC上下摆动。在交流耦合时，调制电流可编程到85mA。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气体的在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
     A）产生调制的驱动信号，使可调二极管激光器发出受激光，并对所述激光分束输出两路光信号；
     B）使所述两路光信号中的一路通过待检测气体传输指定距离，得到检测光信号；另一路通过参考气体传输指定距离，得到参考光信号；
     C）分别将所述检测光信号和所述参考光信号经过光电转换并通过与锁相放大器处理得到其各自的二次谐波；
     D）对比并处理所述二次谐波，并得到所述待测气体的成分和浓度。
2. 根据权利要求1所述的气体的在线检测方法，其特征在于，所述步骤A）中进一步包括：
     A1）产生锯齿波驱动信号并将其进行DA转换；
     A2）产生正弦波驱动信号并将其进行DA转换；
     A3）使用已进行DA转换的正弦波驱动信号对所述已进行DA转换的锯齿波驱动信号进行调制，得到调制的驱动信号。
3.根据权利要求2所述的气体的在线检测方法，其特征在于，所述步骤C）中，对所述参考光信号和所述检测光信号的处理步骤相同；对所述参考光信号或所述检测光信号的处理步骤分别进一步包括：
     C1）将光信号进行光电转换并进行AD变换；
     C2）将上一步骤中得到的信号分别与锁相放大器输出的两路正交的、其频率为二次谐波的参考信号相乘并分别进行低通滤波；
     C3）取得上一步骤中得到的两路信号的矢量和，得到该光信号的二次谐波。
4.根据权利要求3所述的气体的在线检测方法，其特征在于，所述步骤D）进一步包括：
     D1）对所述参考光信号和所述检测光信号进行步骤C）处理后得到的二次谐波信号进行差分运算；
     D2）依据所述运算结果得到所述待测气体的浓度。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的气体的在线检测方法，其特征在于，所述驱动信号产生、所述锁相放大器以及对所述二次谐波的取得及运算均在同一个FPGA中实现。
6. 一种气体的在线检测装置，其特征在于，包括用于产生驱动信号的驱动信号产生模块、用于将所述驱动信号产生模块所产生的驱动信号进行DA转换并调制而形成调制的驱动波形的调制模块、用于将所述可调二极管激光器所发激光分为两路的分束器、用于容纳待检测气体并使所述分束器分出的一路光信号在其中传输成为检测光信号的待检测气体空间、用于容纳参考气体并使所述分束器分出的另一路光信号在其中传输成为参考光信号的参考气体空间、用于将所述参考光信号转换为电信号并进行DA转换的参考光电转换模块、用于将所述待测光信号转换为电信号并进行DA转换的待测光电转换模块，用于由所述参考光电转换模块输出中取得其二次谐波分量的参考信号二次谐波取得模块，用于由所述待测光电转换模块的输出中取得其第二谐波分量的待测信号二次谐波取得模块以及用于将所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块输出处理并得到所述待测气体浓度的信号处理模块。
7.根据权利要求6所述的气体的在线检测在现场对气体进行检测的装置，其特征在于，所述驱动信号产生模块包括产生用于扫描待测气体的特征谱线的锯齿波的锯齿波产生单元和产生用于调制所述锯齿波的正弦波产生单元，所述锯齿波产生单元和所述正弦波产生单元分别输出到所述调制模块；所述正弦波产生单元还输出正弦波到所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块并分别作为其参考信号。
8. 根据权利要求7所述的气体的在线检测装置，其特征在于，所述参考光电转换模块包括依次连接的第一PIN管和第一DA转换单元；所述待测光电转换模块包括依次连接的第二PIN管和第二DA转换单元；所述参考信号二次谐波取得模块使用两个正交的参考信号分别与所述参考信号二次谐波取得模块的输入相乘的乘法器、分别将所述两个乘法器输出滤波的两个低通滤波器以及取得所述两个低通滤波器输出的矢量和的矢量运算单元；所述待测信号二次谐波取得模块使用两个正交的参考信号分别与所述待测信号二次谐波取得模块的输入相乘的乘法器、分别将所述两个乘法器输出滤波的两个低通滤波器以及取得所述两个低通滤波器输出的矢量和的矢量运算单元。
9.根据权利要求8所述的气体的在线检测装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步包括：
   差分运算单元：用于对所述参考信号二次谐波取得模块和待测信号二次谐波取得模块的输出量进行差分运算，并得到运算结果； 
       查表单元：用于依据上述运算结果查表，得到待测气体的浓度值。
10.根据权利要求6-8任意一项所述的气体的在线检测装置，其特征在于，所述驱动信号产生模块、所述参考信号二次谐波取得模块、待测信号二次谐波取得模块以及所述信号处理模块设置在同一FPGA芯片内。
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