CN107764761B - 一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统及其方法，包括同频双波激光信号发生单元、信号采集处理单元、显示单元、探测光路和参考光路，并通过分布反馈式半导体激光器的中心波长移动的修正、闪烁噪声的修正、完整的非吸收谱信号的拟合、归一化处理、Voigt线型拟合、浓度计算和反演等步骤，从而能够抑制大气消光，激光闪烁，波长漂移等问题，从而实现气体浓度的实时精确检测。

Description

一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及环境光学领域，具体的说是一种借助于多波长时域相关技术来抑制大气湍流噪声，并利用激光光谱检测气体浓度的系统和方法。
背景技术
在进行开放空间大气监测过程中，探测气体的浓度比较低，却又受到环境的不可控影响如大气湍流、温度等，造成有用信号与噪声难以提取的问题。大气湍流主要通过大气分子团折射率变化引起激光的闪烁效应使光束发生强度起伏、相位起伏、光束扩展、光束漂移和像点抖动等现象，造成气体吸收光谱线型变型。
现有的减少大气湍流的影响主要是通过提高扫描频率、增大接收孔径来实现。但针对仪器系统的开发实际运用中，大气湍流的影响比较复杂，容易造成检测误差。通过高的扫描频率来降低大气湍流的影响，在激光器控制模块带宽受限，所以高频扫描方法在仪器系统的开发中受限；增大接收孔径在一定意义上减少了光强的损失，但它的并没有从根本上解决大气湍流对光谱信号的影响。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统及其方法，以期能够抑制大气消光，激光闪烁，波长漂移等问题，从而实现气体浓度的实时精确检测。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
本发明一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统的特点包括：同频双波激光信号发生单元、信号采集处理单元、显示单元、探测光路和参考光路；
所述同频双波激光信号发生单元所产生的激光分成两路激光，一路激光经所述探测光路变换成电信号并传输至所述信号采集处理单元，另一路激光经所述参考光路变换成另一种电信号传输至所述信号采集处理单元，两种电信号都经过所述信号采集处理单元处理，得到气体浓度C并送至显示单元进行显示。
本发明所述的激光检测系统的特点也在于，所述同频双波激光信号发生单元由信号发生器、激光器控制模块、分布反馈式半导体激光器和激光分束器依次连接组成；
所述信号发生器在一个扫描周期内产生由锯齿波和三角波组成的同频双波扫描信号，所述锯齿波根据待测气体的吸收特性，使最大吸收位置位于锯齿波的3/4处并记作P波，所述三角波避开待测气体的吸收线且为P波的1/2，并记作Q波；所述同频双波扫描信号叠加至所述激光器控制模块，使得所述分布反馈式半导体激光器交替工作在P波和Q波的两种扫描状态；所述分布反馈式半导体激光器输出的激光经过所述激光分束器分成两路激光；
所述探测光路由准直透镜、菲涅耳透镜、窗片、角反射镜和第一光电探测器组成；
所述一路激光经所述准直透镜并由中心开孔的菲涅耳透镜射出，然后穿越所述窗片并经过一段开放的大气到达所述角反射镜后，再按原方向返回并穿越所述窗片，最终经所述菲涅耳透镜聚焦至所述第一光电探测器并输出电信号；
所述参考光路由标准气体样品池和第二光电探测器组成；
所述另一路激光经所述标准气体样品池后被所述第二光电探测器接收，并输出另一种电信号；
所述信号采集处理单元由低通滤波放大器、数据采集模块、数据处理模块依次连接组成；
所述两种电信号经过所述低通滤波放大器进行预处理，得到平衡调整后的两种放大电信号；
所述数据采集模块分别记录所述两种放大电信号，得到在P波扫描状态下的吸收谱电信号DP(n)和RP(n)，以及在Q波扫描状态下的非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)，其中m，n为电信号对应序列位置；
所述数据处理模块对所述吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，得到补偿后的吸收谱电信号D′P(n)和R′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)；再对所述补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，得到修正后的吸收谱电信号D″P(n)以及非吸收谱电信号D″Q(m)；接着，对所述修正后的非吸收谱电信号D″Q(m)进行多项式拟合，得到完整的非吸收谱信号DQ(n)；然后，对所述N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值和
Figure BDA0001437947170000022
后，利用平均值
Figure BDA0001437947170000023
对平均值
Figure BDA0001437947170000024
进行归一化处理，得到归一化后的光谱信号x(n)；最后，对所述光谱信号x(n)行Voigt线型拟合，得到积分吸光度A，从而得到反演后的气体浓度C。
本发明一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1、利用信号发生器在一个扫描周期内产生由锯齿波和三角波组成的同频双波扫描信号，所述锯齿波根据待测气体的吸收特性，使最大吸收位置位于锯齿波的3/4处并记作P波，所述三角波避开待测气体的吸收线且为P波的1/2，并记作Q波；
步骤2、对所述同频双波扫描信号进行叠加，使得分布反馈式半导体激光器交替工作在P波和Q波的两种扫描状态下；所述分布反馈式半导体激光器输出的激光经过所述激光分束器分成两路激光；
步骤3、一路激光经探测光路变换成电信号，另一路激光经所述参考光路变换成另一种电信号，并对两种电信号进行预处理，得到平衡调整后的两种放大电信号；
步骤4、对所述两种放大电信号分别进行采集，得到在P波扫描状态下的吸收谱电信号DP(n)和RP(n)，以及在Q波扫描状态下的非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)，其中m，n为电信号对应序列位置；
步骤5、利用式(1)对所述吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，得到补偿后的吸收谱电信号D′P(n)和R′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)：
式(1)中，Δd表示所述分布反馈式半导体激光器的中心波长移动距离，并通过相关运算获得；
步骤6、利用式(2)对所述补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，得到修正后的吸收谱电信号D″P(n)以及非吸收谱电信号D″Q(m)：
Figure BDA0001437947170000032
式(2)中，E(n)和E(m)分别为所述补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)的闪烁噪声信号；
步骤7、对所述修正后的非吸收谱电信号D″Q(m)进行多项式拟合，得到完整的非吸收谱信号DQ(n)；
步骤8、对所述N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值
Figure BDA0001437947170000041
和后，利用式(3)进行归一化处理，得到归一化后的光谱信号x(n)：
Figure BDA0001437947170000043
步骤9、利用式(4)对所述光谱信号x(n)进行Voigt线型拟合，得到吸光度A(n)，并对所述吸光度A(n)进行积分，得到归一化后的光谱信号x(n)的积分吸光度A，从而利用式(5)得到反演后的气体浓度C：
Figure BDA0001437947170000044
式(4)中，
Figure BDA0001437947170000045
n0为电信号序列中心位置；y0为电信号直流分量；ΔvC为洛伦兹线型谱线的半高全宽；ΔvD为高斯线型谱线的半高全宽；并采用高斯-埃尔米特积分来获得近似值，再通过迭代计算完成Voigt线型拟合，得到吸光度A(n)；
Figure BDA0001437947170000046
式(5)中，C0为标准气体样品池的浓度值，A0为标准气体样品池的积分吸光度，L0为标准气体样品池的光路长度，L为检测系统实际光路长度。
本发明所述的开放空间大气中有害气体浓度的激光检测方法的特点也在于，所述的闪烁噪声信号E(n)和E(m)是利用式(6)对所述补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)的差值D(m)拟合得到：
Figure BDA0001437947170000047
式(6)中，b0，b1，b2为拟合系数,k为电信号对应序列位置，且max(k)＝max(n)+max(m)。
与现有的技术相比较，本发明的有益效果体现在：
1、本发明中采用多波长时域相关技术抑制大气湍流噪声的影响。由于沿着相同的大气路径同时或以快速序列传输时间间隔内，两个信号携带的信息统计特征高度相关，从而可以抑制大气湍流噪声的影响。本发明中采用同频双波的检测方法，两种波束由同一激光器，同一个检测系统，短时间间隔发射保证了两种波束的激光波长相近；分布反馈式半导体激光器引起的误差一致；两种波束同时或短时间间隔发射和接收；且系统误差一致，解决了现有技术中的高的扫描频率在激光器控制模块带宽受限的问题，且通过提供的一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统及其方法，从根本上解决了大气湍流对光谱信号的影响，实现了抑制大气消光，激光闪烁，波长漂移的实时精确检测。
2、本发明采用最大相关技术，获得分布反馈式半导体激光器的中心波长移动距离Δd，对吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，消除了分布反馈式半导体激光器的中心波长移动的影响；
3、本发明采用多项式拟合的方法，对补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)的差值D(m)进行多项式拟合得到闪烁噪声信号E(n)和E(m)，对补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，消除了闪烁噪声的影响。
4、本发明采用平均与时域相关技术相结合的方法，对N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值和
Figure BDA0001437947170000052
后，进行归一化处理，实现了抑制大气消光。
附图说明
图1为本发明激光检测系统的结构示意图；
图2为本发明信号采集处理单元的流程图；
图3为同频双波信号波形图；
图4a为本发明仿真波形图；
图4b为高频扫描仿真波形图；
图中标号：1.接口，2.显示单元，3.接口，4.单模光钎，5接口，6.接口，7.收发一体式远光程激光探测系统，8.准直透镜，9.第一光电探测器，10.菲涅耳透镜，11.角反射镜，12.窗片。
具体实施方式
以下结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明。此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利，并不用于限制本专利。
参见图1，一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统，包括：同频双波激光信号发生单元、信号采集处理单元、显示单元2、探测光路和参考光路；
同频双波激光信号发生单元所产生的激光分成两路激光，一路激光经探测光路变换成电信号并传输至信号采集处理单元，另一路激光经参考光路变换成另一种电信号传输至信号采集处理单元，两种电信号都经过信号采集处理单元处理，得到气体浓度C并送至显示单元2进行显示。
具体的说，同频双波激光信号发生单元由信号发生器、激光器控制模块、分布反馈式半导体激光器和激光分束器依次连接组成；
分布反馈式半导体激光器作为检测光源，通过激光器控制模块进行分布反馈式半导体激光器的温度与电流控制，进而调节其输出的中心波长，信号发生器在一个扫描周期内产生由锯齿波和三角波组成的同频双波(如图3所示)扫描信号，锯齿波根据待测气体的吸收特性，使最大吸收位置位于锯齿波的3/4处并记作P波，三角波避开待测气体的吸收线且为P波的1/2，并记作Q波；同频双波扫描信号叠加至激光器控制模块，使得分布反馈式半导体激光器交替工作在P波和Q波的两种扫描状态；分布反馈式半导体激光器输出的激光经过激光分束器按照5：5的光强分束为参考光路和探测光路两路激光；
探测光路由准直透镜8、菲涅耳透镜10、窗片12、角反射镜11和第一光电探测器9组成；
由激光分束器发出的一路激光经接口1通过单模光纤4接入收发一体式远光程激光探测系统7接口5，经准直透镜8并由中心开孔的菲涅耳透镜10射出，然后穿越窗片12并经过一段开放的大气到达角反射镜11后，再按原方向返回并穿越窗片12，最终经菲涅耳透镜10聚焦至第一光电探测器9并输出电信号；
参考光路由标准气体样品池和第二光电探测器组成；
由激光分束器发出的另一路激光经标准气体样品池后被第二光电探测器接收，并输出另一种电信号；
信号采集处理单元由低通滤波放大器、数据采集模块、数据处理模块依次连接组成；
通过接口6的输出的电信号与第二光电探测器输出的另一种电信号一起经过低通滤波放大器进行预处理，得到平衡调整后的两种放大电信号；
数据采集模块分别记录两种放大电信号，得到在P波扫描状态下的吸收谱电信号DP(n)和RP(n)，以及在Q波扫描状态下的非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)，其中m，n为电信号对应序列位置；
数据处理模块对吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，得到补偿后的吸收谱电信号D′P(n)和R′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)；再对补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，得到修正后的吸收谱电信号D″P(n)以及非吸收谱电信号D″Q(m)；接着，对修正后的非吸收谱电信号D″Q(m)进行多项式拟合，得到完整的非吸收谱信号DQ(n)；然后，对N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值
Figure BDA0001437947170000071
和
Figure BDA0001437947170000072
后，利用平均值
Figure BDA0001437947170000073
对平均值
Figure BDA0001437947170000074
进行归一化处理，得到归一化后的光谱信号x(n)；最后，对光谱信号x(n)行Voigt线型拟合，得到积分吸光度A，从而得到反演后的气体浓度C。
参见图2，本实施例中，一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测方法，是按如下步骤进行：
步骤1、利用信号发生器在一个扫描周期内产生由锯齿波和三角波组成的同频双波扫描信号，锯齿波根据待测气体的吸收特性，使最大吸收位置位于锯齿波的3/4处并记作P波，三角波避开待测气体的吸收线且为P波的1/2，并记作Q波；
步骤2、对同频双波扫描信号进行叠加，使得分布反馈式半导体激光器交替工作在P波和Q波的两种扫描状态下；分布反馈式半导体激光器输出的激光经过激光分束器分成两路激光；
步骤3、一路激光经探测光路变换成电信号，另一路激光经参考光路变换成另一种电信号，并对两种电信号进行预处理，得到平衡调整后的两种放大电信号；
步骤4、对两种放大电信号分别进行采集，得到在P波扫描状态下的吸收谱电信号DP(n)和RP(n)，以及在Q波扫描状态下的非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)，其中m，n为电信号对应序列位置；
步骤5、利用式(1)对吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，得到补偿后的吸收谱电信号D′P(n)和R′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)：
Figure BDA0001437947170000081
式(1)中，Δd表示分布反馈式半导体激光器的中心波长移动距离，并通过相关运算获得。以激光器的预存参考光路吸收谱信号PP(n)的峰值位置点作为参考标准点。利用式(2)对吸收谱电信号RP(n)和参考光路吸收光谱信号RP(n)计算相关值RPR(n)，并找出RPR(n)中最大的相关值，它所对应的横坐标即对应着激光器中心波长移动距离Δd。
Figure BDA0001437947170000082
步骤6、利用式(3)对补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，得到修正后的吸收谱电信号D″P(n)以及非吸收谱电信号D″Q(m)：
Figure BDA0001437947170000083
式(3)中，E(n)和E(m)分别为补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)的闪烁噪声信号；
闪烁噪声信号E(n)和E(m)是利用式(4)对补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)的差值D(m)拟合得到。
Figure BDA0001437947170000084
式(4)中，b0，b1，b2为拟合系数,k为电信号对应序列位置，且max(k)＝max(n)+max(m)。
步骤7、利用式(5)对修正后的非吸收谱电信号D″Q(m)进行多项式拟合，得到同等数据长度的完整的非吸收谱信号DQ(n)；
DQ(n)＝a0+a1n+a2n2 (5)
式(5)中，a0，a1，a2为拟合系数，n为光谱信号对应序列位置，且max(n)>max(m)。
步骤8、对N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值
Figure BDA0001437947170000091
和
Figure BDA0001437947170000092
后，利用式(6)进行归一化处理，得到归一化后的光谱信号x(n)：
Figure BDA0001437947170000093
步骤9、利用式(7)对光谱信号x(n)进行Voigt线型拟合，得到吸光度A(n)，并对吸光度A(n)进行积分，得到归一化后的光谱信号x(n)的积分吸光度A，从而利用式(8)得到反演后的气体浓度C：
Figure BDA0001437947170000094
式(7)中，
Figure BDA0001437947170000095
n0为电信号序列中心位置；y0为电信号直流分量；ΔvC为洛伦兹线型谱线的半高全宽；ΔvD为高斯线型谱线的半高全宽；并采用高斯-埃尔米特积分来获得近似值，再通过迭代计算完成Voigt线型拟合，得到吸光度A(n)；
Figure BDA0001437947170000096
式(8)中，C0为标准气体样品池的浓度值，A0为标准气体样品池的积分吸光度，L0为标准气体样品池的光路长度，L为检测系统实际光路长度。
为了验证本发明所述方法的效果，本例采用仿真的手段分别采用现有技术高频扫描与本发明例1检测系统，设高频的信号扫描频率1000Hz，本发明的扫描频率设为150Hz，加上同样的闪烁信号与高斯白噪声，如图4a和图4b所示。分别对高频扫描系统采用现有数据处理技术，本系统采用本发明的数据处理方法。所得数据参考表一：
表一
Figure BDA0001437947170000097
对照表一可知，使用现有的高频扫描技术首先受到现有市面上的激光控制器的带宽限制，无法实现小型化，成本较高；而本发明检测系统不受激光控制器的带宽限制，可以实现小型化，成本比较低。其次采用本发明的数据处理方法得到拟合峰值与仿真数据峰值的比值为0.99866，而现有技术为0.98124，本发明提供的数据处理方法残差标准差为0.0015821，而现有技术为0.0023404。因此采用本发明提供的方法能够有效的降低成本需求，同时满足小型化仪器制作需求，且提高了检测精度。

Claims (3)

1.一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测系统，其特征包括：同频双波激光信号发生单元、信号采集处理单元、显示单元、探测光路和参考光路；
所述同频双波激光信号发生单元所产生的激光分成两路激光，一路激光经所述探测光路变换成电信号并传输至所述信号采集处理单元，另一路激光经所述参考光路变换成另一种电信号传输至所述信号采集处理单元，两种电信号都经过所述信号采集处理单元处理，得到气体浓度C并送至显示单元进行显示；
所述同频双波激光信号发生单元由信号发生器、激光器控制模块、分布反馈式半导体激光器和激光分束器依次连接组成；
所述信号发生器在一个扫描周期内产生由锯齿波和三角波组成的同频双波扫描信号，所述锯齿波根据待测气体的吸收特性，使最大吸收位置位于锯齿波的3/4处并记作P波，所述三角波避开待测气体的吸收线且为P波的1/2，并记作Q波；所述同频双波扫描信号叠加至所述激光器控制模块，使得所述分布反馈式半导体激光器交替工作在P波和Q波的两种扫描状态；所述分布反馈式半导体激光器输出的激光经过所述激光分束器分成两路激光；
所述探测光路由准直透镜、菲涅耳透镜、窗片、角反射镜和第一光电探测器组成；
一路激光经所述准直透镜并由中心开孔的菲涅耳透镜射出，然后穿越所述窗片并经过一段开放的大气到达所述角反射镜后，再按原方向返回并穿越所述窗片，最终经所述菲涅耳透镜聚焦至所述第一光电探测器并输出电信号；
所述参考光路由标准气体样品池和第二光电探测器组成；
另一路激光经所述标准气体样品池后被所述第二光电探测器接收，并输出另一种电信号；
所述信号采集处理单元由低通滤波放大器、数据采集模块、数据处理模块依次连接组成；
所述两种电信号经过所述低通滤波放大器进行预处理，得到平衡调整后的两种放大电信号；
所述数据采集模块分别记录所述两种放大电信号，得到在P波扫描状态下的吸收谱电信号DP(n)和RP(n)，以及在Q波扫描状态下的非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)，其中m，n为电信号对应序列位置；
所述数据处理模块对所述吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，得到补偿后的吸收谱电信号D′P(n)和R′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)；再对所述补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，得到修正后的吸收谱电信号D″P(n)以及非吸收谱电信号D″Q(m)；接着，对所述修正后的非吸收谱电信号D″Q(m)进行多项式拟合，得到完整的非吸收谱信号DQ(n)；然后，对N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值
Figure FDA0002225691850000021
和
Figure FDA0002225691850000022
后，利用平均值对平均值
Figure FDA0002225691850000024
进行归一化处理，得到归一化后的光谱信号x(n)；最后，对所述光谱信号x(n)进行Voigt线型拟合，得到积分吸光度A，从而得到反演后的气体浓度C。
2.一种开放空间大气中有害气体浓度的激光检测方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤1、利用信号发生器在一个扫描周期内产生由锯齿波和三角波组成的同频双波扫描信号，所述锯齿波根据待测气体的吸收特性，使最大吸收位置位于锯齿波的3/4处并记作P波，所述三角波避开待测气体的吸收线且为P波的1/2，并记作Q波；
步骤2、对所述同频双波扫描信号进行叠加，使得分布反馈式半导体激光器交替工作在P波和Q波的两种扫描状态下；所述分布反馈式半导体激光器输出的激光经过激光分束器分成两路激光；
步骤3、一路激光经探测光路变换成电信号，另一路激光经参考光路变换成另一种电信号，并对两种电信号进行预处理，得到平衡调整后的两种放大电信号；
步骤4、对所述两种放大电信号分别进行采集，得到在P波扫描状态下的吸收谱电信号DP(n)和RP(n)，以及在Q波扫描状态下的非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)，其中m，n为电信号对应序列位置；
步骤5、利用式(1)对所述吸收谱电信号DP(n)和RP(n)以及非吸收谱电信号DQ(m)和RQ(m)进行中心波长修正，得到补偿后的吸收谱电信号D′P(n)和R′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)：
Figure FDA0002225691850000025
式(1)中，Δd表示所述分布反馈式半导体激光器的中心波长移动距离，并通过相关运算获得；
步骤6、利用式(2)对所述补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)进行闪烁噪声修正，得到修正后的吸收谱电信号D″P(n)以及非吸收谱电信号D″Q(m)：
Figure FDA0002225691850000031
式(2)中，E(n)和E(m)分别为所述补偿后的吸收谱电信号D′P(n)以及补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)的闪烁噪声信号；
步骤7、对所述修正后的非吸收谱电信号D″Q(m)进行多项式拟合，得到完整的非吸收谱信号DQ(n)；
步骤8、对N个周期的吸收谱电信号DP(n)以及完整的非吸收谱信号DQ(n)分别取平均值
Figure FDA0002225691850000032
和
Figure FDA0002225691850000033
后，利用式(3)进行归一化处理，得到归一化后的光谱信号x(n)：
Figure FDA0002225691850000034
步骤9、利用式(4)对所述光谱信号x(n)进行Voigt线型拟合，得到吸光度A(n)，并对所述吸光度A(n)进行积分，得到归一化后的光谱信号x(n)的积分吸光度A，从而利用式(5)得到反演后的气体浓度C：
Figure FDA0002225691850000035
式(4)中，n0为电信号序列中心位置；y0为电信号直流分量；ΔvC为洛伦兹线型谱线的半高全宽；ΔvD为高斯线型谱线的半高全宽；并采用高斯-埃尔米特积分来获得近似值，再通过迭代计算完成Voigt线型拟合，得到吸光度A(n)；
Figure FDA0002225691850000037
式(5)中，C0为标准气体样品池的浓度值，A0为标准气体样品池的积分吸光度，L0为标准气体样品池的光路长度，L为检测系统实际光路长度。
3.根据权利要求2所述的开放空间大气中有害气体浓度的激光检测方法，其特征是，所述的闪烁噪声信号E(n)和E(m)是利用式(6)对所述补偿后的非吸收谱电信号D′Q(m)和R′Q(m)的差值D(m)拟合得到：
Figure FDA0002225691850000041
式(6)中，b0，b1，b2为拟合系数,k为电信号对应序列位置，且max(k)＝max(n)+max(m)。
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