CN104215597A - 甲烷浓度参考信息获取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种甲烷浓度参考信息获取方法及装置，属于气体检测领域，包括获取含有甲烷浓度信息的光信号,且把所述光信号转换为数字电信号，然后直接把所述数字电信号传递到处理器进行分析处理，得到甲烷浓度参考信息。在本方法的运用过程中，通过把含有甲烷浓度的光信号转换为数字电信号后，直接把数字电信号传递给处理器进行分析处理，因此不需要在处理器外设置过多的电路来处理信号，减小了外围电路的噪声对最终数据的影响，从而解决了现有的甲烷浓度信息光谱处理方法中，过多的依靠外围电路，且外围电路易产生噪声，干扰最后的甲烷浓度计算精度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测领域，具体而言，涉及一种甲烷浓度参考信息获取方法及装置。
背景技术
基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的原理，通过对甲烷气体吸收光谱的分析，提出了一种光谱吸收式甲烷浓度检测方法，该方法采用的是二次谐波比基波的方法进行甲烷浓度的处理，在激光器的调制过程中，再加入正弦波的调制。由于甲烷的吸收导致了调制波形的变化，所以提取正弦波中的二次谐波，利用二次谐波与基波做对比(比值与甲烷浓度成正比)进行计算，在这种方法的实施过程中，需要依靠大量处理器的外围电路进行运算处理，而在外围电路处理信号的过程中会产生许多干扰甲烷浓度计算的噪声；此外，二次谐波提取的不稳定性也会导致甲烷浓度计算精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲烷浓度参考信息获取方法，同时提供了一种甲烷浓度参考信息获取装置，以提高现有甲烷浓度信息获取方法中所获取结果的精度。
本发明是这样实现的：
一种甲烷浓度参考信息获取方法，应用于甲烷浓度信息光谱分析装置，包括：
获取穿过含有甲烷气体的气室的不同波长的多个光信号以及产生所述多个光信号而需要的对应的扫描电流值，将获取的多个光信号分别转换为多个对应的离散的数字电信号；
分别获取所述多个数字电信号的电压幅值，所述每个数字电信号的电压幅值与产生该数字电信号对应的光信号而需要的扫描电流值对应；
将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值，取多个甲烷浓度参考值中最大的为最大甲烷浓度参考值，所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值。
进一步地，所述将获取的多个光信号分别转换为与所述多个对应的离散的数字电信号，包括：
将所获取的多个光信号转换为多个模拟电信号；
对转换获得的多个所述模拟电信号进行滤波处理；
把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器分别转为与对应的
多个离散的数字信号。
进一步地，所述方法还包括:
根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值。
进一步地，所述根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值，包括：
用一元M次方程拟合所述最大浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述最大的甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。
进一步地，所述将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值，包括：
取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值的差值，对多个所述差值取绝对值，得到多个甲烷浓度参考值，取多个甲烷浓度参考值中最大值为最大甲烷浓度参考值。
进一步地，所述多个光信号中波长为1653.7nm时的扫描电流值值为E，所述为产生多个波长的光信号而需要的对应的所述扫描电流值的范围为E-20mA到E+20mA。在甲烷的近红外光谱吸收谱线中，1653.72nm是其吸收峰中最强的波长，这样以激光波长为1653.7nm时的电流进行±20mA的电流扫描，激光波长调制为±0.2nm，激光波长的变化范围为：1653.5～1653.9nm。这样在激光器扫描电流扫描范围内激光波长始终会经过甲烷气体的吸收峰峰值1653.72nm处，保证了激光波长的最佳吸收效果。
另一种甲烷浓度参考信息获取方法，应用于甲烷浓度信息光谱分析装置，包括：
获取穿过含有甲烷气体的气室的光信号及产生所述光信号而需要的对应的扫描电流值，将获取的光信号转换为与所述光信号对应的离散的数字电信号；
获取所述数字电信号的电压幅值，所述数字电信号的电压幅值与为获取所述光信号而需要的扫描电流值对应；
将获取的所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值进行比较而获得甲烷浓度参考值,所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值,所述比较参考组中的电压参考幅值对应的扫描电流值与所述数字电信号的电压幅值对应的扫描电流值相同。
进一步地，所述将获取的光信号转换为与所述光信号对应的离散的数字电信号，包括：
将所获取的光信号转换为模拟电信号；
对转换获得的所述模拟电信号进行滤波处理；
把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器转为对应的离散的数字信号。
进一步地，所述方法还包括:
用一元M次方程拟合所述甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。当M≥3时，所拟合出的方程能够准确的限定最大平均浓度参考值与甲烷浓度值之间的关系。
进一步地，根据权利要求7所述的甲烷浓度信息光谱分析方法，其特征在于，所述将获取的所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值进行比较而获得甲烷浓度参考值，包括：
取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值的差值，对所述差值取绝对值，得到甲烷浓度参考值。
一种甲烷浓度参考信息获取装置，包括：
获取单元，用于获取穿过含有甲烷气体的气室的不同波长的多个光信号以及产生所述多个光信号而需要的对应的扫描电流值；
转换单元，用于将获取的多个光信号分别转换为多个对应的离散的数字电信号；
电压幅值获取单元，用于分别获取所述多个数字电信号的电压幅值，所述每个数字电信号的电压幅值与产生该数字电信号对应的光信号而需要的扫描电流值对应；
比较单元，用于将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值；其中，所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值；
进一步地，所述转换单元，具体用于将所获取的多个光信号转换为多个模拟电信号；对转换获得的多个所述模拟电信号进行滤波处理；把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器分别转为与对应的多个离散的数字信号。
进一步，所述装置还包括浓度值获取单元，用于根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值。
进一步地，所述浓度值获取单元，具体用于用一元M次方程拟合所述最大浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述最大平均浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。当M≥3时，所拟合出的方程能够准确的限定最大平均浓度参考值与甲烷浓度值之间的关系
进一步地，所述比较单元，具体用于，取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值的差值，对所述差值取绝对值，得到甲烷浓度参考值。
进一步地，所述甲烷浓度信息光谱分析装置还包括：浓度值获取单元，用于根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值。
本发明实现的技术效果：
本发明提供的甲烷浓度参考信息获取方法以及甲烷浓度参考信息获取装置，通过把穿过甲烷气体的光信号转换为数字电信号后，又通过对该数字电信号的幅值与电压参考幅值做对比的方式，得到了甲烷浓度参考信息。因此，在本方法的实施过程中不需要在处理器外设置过多的电路来处理信号，减小了外围电路的噪声对最终数据的影响，从而提高现有甲烷浓度信息获取方法中所获取结果的精度。
附图说明
图1为本发明提供的甲烷浓度参考信息获取方法的实施例一的流程图；
图2为本发明提供的甲烷浓度参考信息获取方法的实施例二的流程图；
图3为本发明提供的甲烷浓度参考信息获取方法中光信号到数字电信号的转换流程图；
图4为本发明提供的一种甲烷浓度参考信息获取装置的结构框图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
请参阅图1，本发明实施例提供的一种甲烷浓度参考信息获取方法，包括：获取穿过含有甲烷气体的气室的不同波长的多个光信号以及产生所述多个光信号而需要的对应的扫描电流值，将获取的多个光信号分别转换为多个对应的离散的数字电信号。在本实施例中，较佳的，可以首先将所获取的多个光信号转换为多个模拟电信号，然后对转换获得的多个所述模拟电信号进行滤波处理，最后把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器分别转为与对应的多个离散的数字信号。
分别获取所述多个数字电信号的电压幅值，所述每个数字电信号的电压幅值与产生该数字电信号对应的光信号而需要的扫描电流值对应。
将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值，所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值。在本实施例中，作为一种优选方式，取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值的差值，对多个所述差值取绝对值，得到多个甲烷浓度参考值，取多个甲烷浓度参考值中最大值为最大甲烷浓度参考值。
较佳的，在获取到多个甲烷浓度参考值后，取其中最大的为最大甲烷浓度参考值。再通过建立最大浓度参考值与甲烷浓度值之间的拟合方程，即可得出甲烷浓度。在本实施例中，可以用一元M次方程拟合所述最大浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述最大的甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。例如，用三次方程y＝ax3+bx2+cx+d拟合甲烷浓度曲线。其中，x表示最大浓度参考值，y代表甲烷浓度，a，b，c，d均为系数，通过测定4种浓度已知的甲烷气体，在x和y已知的情况下，计算出a，b，c，d的值，然后，向与甲烷浓度曲线拟合的三次方程y＝ax3+bx2+cx+d中带入最大浓度参考值x，即可计算出甲烷浓度值y。
实施例二
请参阅图2，本发明实施例提供的一种甲烷浓度参考信息获取方法，一种甲烷浓度参考信息获取方法，应用于甲烷浓度信息光谱分析装置，包括：
获取穿过含有甲烷气体的气室的光信号及产生所述光信号而需要的对应的扫描电流值，将获取的光信号转换为与所述光信号对应的离散的数字电信号。根据光信号获取离散的数字电信号的方式，本发明实施例不做限定，在本实施例中以采用A/D转换器为例，首先可以将所获取的光信号转换为模拟电信号，然后对转换获得的所述模拟电信号进行滤波处理，最后把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器转为对应的离散的数字信号。
获取所述数字电信号的电压幅值，所述数字电信号的电压幅值与为获取所述光信号而需要的扫描电流值对应。将获取的所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值进行比较而获得甲烷浓度参考值,所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值,所述比较参考组中的电压参考幅值对应的扫描电流值与所述数字电信号的电压幅值对应的扫描电流值相同。在本实施例中，作为一种比较的方式，可以取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值的差值，对所述差值取绝对值，得到甲烷浓度参考值。
需要说明的是，在本实施例中，依然能够通过取得的甲烷浓度参考值计算得到甲烷浓度值，具体方法与实施例一通过甲烷浓度参考值计算得到甲烷浓度值的方法相同。
需要说明的是，为了便于本发明提供的甲烷浓度参考信息获取方法的实施，本发明还提供了一种甲烷浓度参考信息获取装置。包括：
获取单元，用于获取穿过含有甲烷气体的气室的不同波长的多个光信号以及产生所述多个光信号而需要的对应的扫描电流值。
转换单元，用于将获取的多个光信号分别转换为多个对应的离散的数字电信号；在这过程中，可以首先将所获取的多个光信号转换为多个模拟电信号，然后对转换获得的多个所述模拟电信号进行滤波处理，最后把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器分别转为与对应的多个离散的数字信号。
电压幅值获取单元，用于分别获取所述多个数字电信号的电压幅值，所述每个数字电信号的电压幅值与产生该数字电信号对应的光信号而需要的扫描电流值对应。
比较单元，用于将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值；其中，所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值。作为一种比较方式，较佳的，可以取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值的差值，对所述差值取绝对值，得到甲烷浓度参考值。
本发明实施例提供的甲烷浓度参考信息获取装置还可以包括浓度值获取单元，所述浓度值获取单元，用于根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值。在实践中，可以采用拟合方程，例如，浓度值获取单元用于用一元M次方程拟合所述最大浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述最大平均浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。
需要说明的是，在甲烷的近红外光谱吸收谱线中，1653.72nm是其吸收峰中最强的波长，这样以激光波长为1653.7nm时的电流进行±20mA的电流扫描，即激光波长为1653.7nm时的激光扫描电流为E，则激光器扫描电流的范围为E-20mA到E+20mA。相应的，激光波长调制范围为±0.2nm，激光波长的变化范围为：1653.5～1653.9nm。这样在激光器扫描电流扫描范围内激光波长始终会经过甲烷气体的吸收峰值1653.72nm处，保证了激光波长的最佳吸收效果，使得最后测定的甲烷浓度更加精确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种甲烷浓度参考信息获取方法，应用于甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，包括：
获取穿过含有甲烷气体的气室的不同波长的多个光信号以及产生所述多个光信号而需要的对应的扫描电流值，将获取的多个光信号分别转换为多个对应的离散的数字电信号；
分别获取所述多个数字电信号的电压幅值，所述每个数字电信号的电压幅值与产生该数字电信号对应的光信号而需要的扫描电流值对应；
将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值，取多个甲烷浓度参考值中最大的为最大甲烷浓度参考值，所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值。
2.根据权利要求1所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于，所述将获取的多个光信号分别转换为与所述多个对应的离散的数字电信号，包括：
将所获取的多个光信号转换为多个模拟电信号；
对转换获得的多个所述模拟电信号进行滤波处理；
把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器分别转为与对应的
多个离散的数字信号。
3.根据权利要求1所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于,所述方法还包括:
根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值
获得甲烷浓度值。
4.根据权利要求3所述的甲烷浓度参考信息获取方法，所述根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值，包括：
用一元M次方程拟合所述最大浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述最大的甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。
5.根据权利要求1所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于,所述将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值，包括：
取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值的差值，对多个所述差值取绝对值，得到多个甲烷浓度参考值，取多个甲烷浓度参考值中最大值为最大甲烷浓度参考值。
6.根据权利要求1所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于,所述多个光信号中波长为1653.7nm时的扫描电流值为E，所述为产生多个波长的光信号而需要的对应的所述扫描电流值的范围为E-20mA到E+20mA。
7.一种甲烷浓度参考信息获取方法，应用于甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，包括：
获取穿过含有甲烷气体的气室的光信号及产生所述光信号而需要的对应的扫描电流值，将获取的光信号转换为与所述光信号对应的离散的数字电信号；
获取所述数字电信号的电压幅值，所述数字电信号的电压幅值与为获取所述光信号而需要的扫描电流值对应；
将获取的所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值进行比较而获得甲烷浓度参考值,所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值,所述比较参考组中的电压参考幅值对应的扫描电流值与所述数字电信号的电压幅值对应的扫描电流值相同。
8.根据权利要求7所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于，所述将获取的光信号转换为与所述光信号对应的离散的数字电信号，包括：
将所获取的光信号转换为模拟电信号；
对转换获得的所述模拟电信号进行滤波处理；
把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器转为对应的离散的数字信号。
9.根据权利要求7所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于,所述方法还包括:
用一元M次方程拟合所述甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述甲烷浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。
10.根据权利要求7所述的甲烷浓度参考信息获取方法，其特征在于，所述将获取的所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值进行比较而获得甲烷浓度参考值，包括：
取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值的差值，对所述差值取绝对值，得到甲烷浓度参考值。
11.一种甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取穿过含有甲烷气体的气室的不同波长的多个光信号以及产生所述多个光信号而需要的对应的扫描电流值；
转换单元，用于将获取的多个光信号分别转换为多个对应的离散的数字电信号；
电压幅值获取单元，用于分别获取所述多个数字电信号的电压幅值，所述每个数字电信号的电压幅值与产生该数字电信号对应的光信号而需要的扫描电流值对应；
比较单元，用于将获取的每个所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中所对应的扫描电流值相同的电压参考幅值进行比较而获得多个甲烷浓度参考值；其中，所述预先设定的比较参考组中包括电压参考幅值和对应的扫描电流值。
12.根据权利要求11所述的甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，所述转换单元，具体用于将所获取的多个光信号转换为多个模拟电信号；对转换获得的多个所述模拟电信号进行滤波处理；把滤波处理后的模拟电信号通过A/D转换器分别转为与对应的多个离散的数字信号。
13.根据权利要求11所述的甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，所述比较单元，具体用于，取所述数字电信号的电压幅值，与预先设定的比较参考组中的电压参考幅值的差值，对所述差值取绝对值，得到甲烷浓度参考值。
14.根据权利要求11-13任一所述的甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，所述甲烷浓度信息光谱分析装置还包括：浓度值获取单元，用于根据获得的多个甲烷浓度参考值中最大的甲烷浓度参考值获得甲烷浓度值。
15.根据权利要求14所述的甲烷浓度参考信息获取装置，其特征在于，所述浓度值获取单元，具体用于用一元M次方程拟合所述最大浓度参考值与未知的甲烷浓度值，建立表征所述最大平均浓度参考值与未知的甲烷浓度值之间关系的拟合方程，通过所述拟合方程获取所述甲烷浓度值；所述M≥3。
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