CN103575696B - 一种检测目标气体浓度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测目标气体浓度的方法及装置，所述方法用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述方法包括：选择目标气体及参比气体；选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰；获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体的中目标气体的浓度。应用本发明，在不增加体积和成本的条件下准确的计算出了气体浓度，消除了本底的影响。

Description

一种检测目标气体浓度的方法及装置

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种目标气体是弱吸收气体时检测目标气体浓度的方法及装置。

背景技术

应用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS，TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)方法进行气体浓度检测时，一般采用波长调制技术(WMS)，通过扫描交流信号的直流偏置点来扫描波长中的心频率，从而得到吸收峰附近信号二次谐波的变化曲线。由于激光器PI曲线在线性区并非绝对的直线，加上系统中的非线性因素如放大器，模数转换(AD)等引入的非线性，即使在待测气体浓度为零的时候，得到的二次谐波值也不会完全为0，而是存在一个本底。在大多数情况下，由于气体对光的吸收造成的非线性要比这个本底大得多，因此可以忽略这个本底，认为二次谐波的峰值点就是吸收峰中心位置，并且根据该位置二次谐波的幅值计算待测气体的含量，并且根据该位置的一次谐波强度表征当前的激光强度，消除光强对测量结果的影响。

当待测气体的浓度很低时，由于本底的形状起伏，单纯的二次谐波峰值已经不再可以表征吸收峰的位置，下面以一氧化氮气体为例，进行说明。

如图1所示，图1中左图是NO浓度从0-1000ppm时的二次谐波扫描曲线的变化曲线；右图是各曲线减去0ppm后的曲线，也即是减去本底后的变化曲线。实际的吸收峰位置应该是右图中二次曲线的峰值位置，也就是图1右图所示的70对应的位置，而如果不扣除本底，二次曲线的峰值位置在图1左图所示的85左右。

现有的解决上述问题的方法是双路平衡法，即一路参考光路，一路探测光路，让参考光路通过高浓度的目标气体，而探测光路通过实际待测气体；通过调整直流电流点使得两路测得的一次谐波相等来锁定吸收峰的位置。从而可以无视本底得到吸收峰的位置。这种方法至少存在以下问题：

1、由于增加了一条参考光路，增加了体积和成本；

2、由于参考光路与探测光路处于不同的环境，无法消除由于散射等原因所导致的光强损失所带来的影响，因此无法准确地消除本底所造成的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种检测目标气体浓度的方法及装置，在不增加体积和成本的条件下能够准确计算气体浓度，消除本底的影响。

本发明公开了一种检测目标气体浓度的方法，用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述方法包括：

选择目标气体及参比气体；其中，所述目标气体为NO，所述参比气体为H₂O；

选择所述NO的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择所述H₂O的一个吸收峰作为参比吸收峰；

获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；

根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度。

其中，所述获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度的步骤包括：

在目标气体的浓度超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流差值ΔD，并保存；

在无目标气体的气体中，测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f测；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

其中，根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度的步骤包括：

计算I_2f与A的比值，其中，I_2f是目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波强度，A为参比吸收峰所对应电流值处的一次谐波幅强度；

根据所述I_2f与A的比值获得待测气体中的目标气体的浓度。

本发明还公开了一种检测目标气体浓度的装置，用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述装置包括：

吸收峰选择单元，用于选择目标气体及参比气体，并选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰；其中，所述目标气体为NO，所述参比气体为H₂O；

谐波强度计算单元，用于获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；

浓度计算单元，用于根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度。

其中，所述谐波强度计算单元包括：

第一计算子单元，用于在目标气体的浓度超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流的差值ΔD，并保存；

第二计算子单元，用于在无目标气体的气体中，测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

第三计算子单元，用于测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f测；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

其中，所述浓度计算单元包括：

第四计算子单元，用于计算I_2f与A的比值，其中，I_2f是目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波强度，A为参比吸收峰所对应电流值处的一次谐波幅强度；

第五计算子单元，用于根据所述I_2f与A的比值获得待测气体中的目标气体的浓度。

应用本发明实施例提供的方法及装置，通过目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值，获得待测气体中目标气体由于吸收产生的二次谐波强度，根据所述二次谐波的强度获得待测气体中的目标气体的浓度。在不增加体积和成本的条件下准确的计算出了气体浓度，消除了本底的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是浓度逐渐增加时二次谐波扫描曲线对比图；

图2是根据本发明实施例的检测目标气体浓度的方法流程图；

图3是现有的在波长为1.795-1.796nm之间的特征吸收谱线图；

图4是现有的标准NO气室下的吸收峰谱线图；

图5是根据本发明实施例的检测目标气体浓度的装置逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例中，利用激光吸收谱线相对位置固定的特点，通过测量附近的较强吸收峰的气体位置来得到待测气体的吸收峰位置即吸收峰所对应的电流值，并通过较强吸收峰的一次谐波作为光强修正，用于扣除本底。

为了便于说明下面先对一些概念做解释。

本底，由于激光器的P-I曲线的非线性，以及存在的其他系统非线性，即使在没有待测气体的情况下，测量得到的待测气体的二次谐波值也不会为0，这个非0值称为本底；

强吸收峰：如果某种气体的吸收峰由于吸收造成的二次谐波强度值远大于本底，则该吸收峰被称为强吸收峰，该强吸收峰所对应的气体称为强吸收气体。例如，某个吸收峰由于吸收造成的二次谐波强度值大于10倍的本底值，则该吸收峰可以被称为强吸收峰；这里，如果吸收强度与浓度的乘积值较大，一种可能的情况是吸收强度较低但是待测环境下该气体的浓度很高，另一种可能的情况是浓度较低但是吸收强度高；

弱吸收峰：是与强吸收气体相对的概念，如果某种气体的吸收峰由于吸收造成的二次谐波强度值与本底相当，则该吸收峰被称为弱吸收峰，该弱吸收峰所对应的气体称为弱吸收气体。

参见图2，其是根据本发明实施例的检测目标气体浓度的方法流程图，本实施例用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述方法具体包括：

步骤201，选择目标气体及参比气体；

这里，所述参比气体是浓度乘以吸收强度远大于目标气体的浓度乘以吸收强度的气体，当然该参比气体要在待测环境中存在；目标气体是待测物，例如，要测量汽车尾气中氮氧化物气体的含量，则汽车尾气就是待测气体，氮氧化物气体就是目标气体，而汽车尾气中所含的水气就可以作为参比气体。

通常，在目标气体是弱吸收气体的情况下，参比气体是强吸收气体。

步骤202，选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰；

这里，可以选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择与目标吸收峰距离较近的参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰。通常，目标吸收峰和参比吸收峰之间的距离范围，是电流调制可以达到的范围，一般在零点几个纳米，然而又不能过于接近，以免吸收截面重合相互影响。

选择确定后，吸收峰位置所对应的电流值的差值随即确定。

步骤203，获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；

本步骤可以具体包括：

a)在目标气体的浓度较大时，例如超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流差值ΔD；其中，上述第一预设值可以是10％，也即，当目标气体的浓度超过10％测量差值ΔD。

b)在无目标气体的气体中，测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

c)测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_{2f 测}；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

需要说明的是，上述步骤a)、b)属于预处理的步骤，即在实际测量待测气体浓度之前要先获得的数据。

步骤104，根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度。

这里，计算待测气体中的目标气体浓度的具体过程与现有技术基本相同，这里仅做简单说明。

当光线通过某种气体后，它将受到气体的吸收，其出射光强由Beer-Lambert公式决定

I(υ)＝I₀(υ)exp[-α(υ)CL](4.1)

其中，I(υ)是出射光光强，υ是该光的频率；I₀是通过气室之前的初始光强；C为气体的浓度；L为所通过的气体腔长；α为气体的吸收系数，不同气体对应的吸收频率也不同；对于同一种气体，也存在复数个吸收峰。

利用这个性质，选择入射激光的波长，使之处于待测气体的某个吸收峰中的心位置。然后让该激光通过待测气体。通过检测出出射光的强度，可以得到其通过气体的吸收强度，从而间接得到待测气体的浓度。具体的，

对光源的驱动电流加上一个低频(k赫兹级别)小信号调制，对激光器进行直调，从而对激光器输出波长产生一个调制，同时附加一个光强调制

$\begin{array}{c}\mathrm{\υ}=\stackrel{\‾}{\mathrm{\υ}}+a\sin \mathrm{\ω}t\\ I_0\left(t\right)=I_0(1+\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ω}t)\end{array}---\left(4.2\right)$

其中，υ是光的波长，I₀(t)激光器输出的光强随时间变化的光强值，ω为所加调制的角频率，为激光中的心频率，a为频率调制幅度，η为由于频率调制造成的光强调制深度，t是时间参数。

由于此时气体浓度很低，所以有-α(υ)CL＜＜1

那么(4.1)式可以改写为：

I(υ)＝I₀(υ)e^-α(υ)CL≈I₀(υ)[1-α(υ)CL](4.3)

一般气体的吸收峰均为洛伦兹线形，即

$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\υ}\right)=\frac{{\mathrm{\α}}_0}{1+{\left(\frac{\mathrm{\υ}-{\mathrm{\υ}}_0}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\υ}}\right)}^2}---\left(4.4\right)$

式中υ₀为吸收峰中的心位置，α₀为υ₀处的吸收系数；Δν为吸收峰的半高宽。

将(4.2)，(4.4)带入(4.3)，则经过吸收后的输出光强(即到达探测器的光强)为

$I\left(t\right)=I_0(1+\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ω}t)\[1-\frac{{\mathrm{\α}}_{0}CL}{1+{\left(\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{\υ}}+{\mathrm{\υ}}_0+a\sin \mathrm{\ω}t}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\υ}}\right)}^2}\]---\left(4.5\right)$

调整激光器的驱动电流使得输出光波长中的心位置与气体吸收峰中的心位置重合，即则有

$\begin{array}{c}I\left(t\right)I_0(1+\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ω}t)(1-\frac{{\mathrm{\α}}_{0}CL}{1+m^2{\sin }^2\mathrm{\ω}t})\\ =I\left(t\right)=I_0+I_0\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ω}t-\frac{I_0{\mathrm{\α}}_{0}CL}{1+m^2{\sin }^2\mathrm{\ω}t}-\frac{{\mathrm{\α}}_0\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ω}tCL}{1+m^2{\sin }^2\mathrm{\ω}t}\end{array}---\left(4.6\right)$

式中， $m=\frac{a}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ν}}.$

由于是小信号调制，η＜＜1，因此可以忽略二阶小量得到：

$I\left(t\right)=I_0+I_0\mathrm{\η}sin\mathrm{\α}t-\frac{I_0{\mathrm{\α}}_{0}CL}{1+m^2{\sin }^2\mathrm{\ω}t}---\left(4.7\right)$

对(4.7)按照ω做傅里叶展开，可以得到其中ω的基波分量I_f和二次谐波分量I_2f的强度分别为：

$\begin{array}{c}{I}_f=I_0\mathrm{\η}\\ I_{2f}=-I_0\frac{2(2+m^2-2\sqrt{1+m^2})}{m^2\sqrt{1+m^2}}{\mathrm{\α}}_{0}CL\\ =-I_{0}k\left(m\right){\mathrm{\α}}_{0}CL\end{array}---\left(4.8\right)$

式中， $k\left(m\right)=\frac{2(2+m^2-2\sqrt{1+m^2})}{m^2\sqrt{1+m^2}}.$

可见，基波分量的强度正比于光强和强度调制的调制深度；而对于二次谐波，k(m)仅与有关，可以通过改变频率调制的幅度来调节。对于一个确定的系统来说m为定值，k(m)也就为一个定值；同时，α₀L也为定值。因此二次谐波分量的强度正比于光强以及气体浓度，利用二次谐波的强度I_2f即可以获得气体浓度C。

利用上述式(4.8)虽然从理论上可以计算气体浓度C，但是，如果仅使用二次谐波的强度来检测水汽浓度，将引入不必要的共模噪声，这是在激光通过参考气室时由于空气中的灰尘散射等原因引起的衰减而造成的。

为了消除上述影响，可将二次谐波分量I_2f与基波分量I_f相比，得到

$\frac{I_{2f}}{I_f}=-\frac{2(2+m^2-2\sqrt{1+m^2})}{{\mathrm{\ηm}}^2\sqrt{1+m^2}}{\mathrm{\α}}_{0}CL---\left(4.9\right)$

二次谐波和基波实际上是同一束光的不同频率分量，由于只存在一束光，因此在传播过程中受灰尘散射或其他非气体吸收造成的光强减弱的影响相同。二者的比值I_2f/I_f与等效光强无关。这样就消除了共模噪声，使得气体的浓度检测更加精确。

由上可见，测量I_f的目的实际是消除等效光强的影响，消除共模噪声，而前述步骤203中的一次谐波幅值A就是参比吸收峰处的一次谐波强度I'_f＝I₀η'，那么可以先计算I_2f与A的比值，其中，I_2f是目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波强度，A为参比吸收峰所对应电流值处的一次谐波幅强度；再根据所述I_2f与A的比值获得待测气体中的目标气体的浓度。

具体的，I_2f与A的比值为

$\frac{I_{2f}}{A}=\frac{I_{2f}}{I_f^{\′}}=-\frac{2(2+m^2-2\sqrt{1+m^2})}{{\mathrm{\η}}^{\′}{m}^2\sqrt{1+m^2}}{\mathrm{\α}}_{0}CL---\left(4.10\right)$

可见，同样与浓度成正比。其中，I'_f是参比吸收峰所对应的电流值处的一次谐波幅值，η′为参比吸收峰所对应的电流值处由于频率调制造成的光强调制深度。

则，由于I_2f＝I_2f测-f(A)，所以有

由上述式(4.10)和式(4.11)即可计算出待测气体的浓度。

需要说明的是，上述目标气体包括氮氧化物。

需要说明的是，上述参比气体包括水气、二氧化碳气体。

需要说明的是，上述待测气体可以是汽车尾气、烟囱排放的废气等。

应用本发明实施例提供的方法，通过目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值，获得待测气体中目标气体由于吸收产生的二次谐波强度，根据所述二次谐波的强度获得待测气体中的目标气体的浓度。在不增加体积和成本的条件下准确的计算出了气体浓度，消除了本底的影响。

下面结合一具体实例对本申请再做详细说明。

本实施例中，目标气体为NO，参比气体为水气(H₂O)。所需检测的是汽车尾气中NO的含量。

参见图3，其是现有的在波长为1.795-1.796nm之间的特征吸收谱线图。从图3中可以看到，在1795.1nm附近有2条NO的吸收线，而在接近1795.3nm的位置有一条H₂O吸收线，实际上，如果在一个纯气的标准NO气室，扫描可以得到如图4所示电流-二次谐波强度曲线。在图4中，左边0-40范围内的3个连续峰对应NO的吸收峰，右边95左右的三个峰对应水的吸收峰。每个吸收峰会对应3个二次谐波的峰，这是因为求的是绝对值，因此把负值的部分翻起来了。因此认为3个峰中中间那个最高的对应吸收峰中的心位置。

首先，选择NO气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择H₂O气体的一个吸收峰作为参比吸收峰；

其次，在NO气体的浓度较大时如浓度超过10％时，测量NO吸收峰和H₂O吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，并计算电流差值ΔD；

在无NO气体的气体中，测量H₂O吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

然后，在浓度检测过程中，测量汽车尾气中H₂O吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f测；利用已保存的在无NO气体的条件下测量得到的H₂O吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

最后，根据二次谐波强度I_2f及电流值D₂处的一次谐波幅值A，利用上述式(4.10)和式(4.11)获得待测气体中的NO气体的浓度。

应用本实施例提供的方法，利用弱吸收峰旁边的强吸收峰作为参考，从而得到若吸收峰准确的吸收峰位置和光强信息，消除了二次谐波本底带来的影响。本实施例在不增加成本的条件下通过改变算法，准确地获得了弱吸收峰位置和当前光强，消除了本底的影响，提高了检测精度。

本发明实施例还提供了一种检测目标气体浓度的装置，参见图5，用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述装置包括：

吸收峰选择单元501，用于选择目标气体及参比气体，并选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰；

谐波强度计算单元502，用于获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；

浓度计算单元503，用于根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度。

其中，所述谐波强度计算单元502包括：

第一计算子单元(图未示)，用于在目标气体的浓度超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流的差值ΔD，并保存；

第二计算子单元(图未示)，用于测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

第三计算子单元(图未示)，用于测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f测；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

所述浓度计算单元503可以包括：

第四计算子单元，用于计算I_2f与A的比值，其中，I_2f是目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波强度，A为参比吸收峰所对应电流值处的一次谐波幅强度；

第五计算子单元，用于根据所述I_2f与A的比值获得待测气体中的目标气体的浓度。

上述目标气体包括氮氧化物。

上述参比气体包括水气或二氧化碳气体。

应用本发明实施例提供的装置，通过目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值，获得待测气体中目标气体由于吸收产生的二次谐波强度，根据所述二次谐波的强度获得待测气体中的目标气体的浓度。在不增加体积和成本的条件下准确的计算出了气体浓度，消除了本底的影响。

对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种检测目标气体浓度的方法，其特征在于，用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述方法包括：

选择目标气体及参比气体；其中，所述目标气体为NO，所述参比气体为H₂O；

选择所述NO的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择所述H₂O的一个吸收峰作为参比吸收峰；

获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；

根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度的步骤包括：

在目标气体的浓度超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流差值ΔD，并保存；

在无目标气体的气体中，测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f测；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度的步骤包括：

计算I_2f与A的比值，其中，I_2f是目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波强度，A为参比吸收峰所对应电流值处的一次谐波幅强度；

根据所述I_2f与A的比值获得待测气体中的目标气体的浓度。

4.一种检测目标气体浓度的装置，其特征在于，用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述装置包括：

吸收峰选择单元，用于选择目标气体及参比气体，并选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰；其中，所述目标气体为NO，所述参比气体为H₂O；

谐波强度计算单元，用于获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度；

浓度计算单元，用于根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体中的目标气体的浓度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述谐波强度计算单元包括：

第一计算子单元，用于在目标气体的浓度超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流的差值ΔD，并保存；

第二计算子单元，用于在无目标气体的气体中，测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存；

第三计算子单元，用于测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f测；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述浓度计算单元包括：

第四计算子单元，用于计算I_2f与A的比值，其中，I_2f是目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波强度，A为参比吸收峰所对应电流值处的一次谐波幅强度；

第五计算子单元，用于根据所述I_2f与A的比值获得待测气体中的目标气体的浓度。