CN108680200B - 环境监测系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种环境监测系统、方法及装置，涉及环境监测技术领域。系统包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。微控制器分别与第一光电探测器和第二光电探测器电连接。系统还包括至少一个探头。至少一个探头包括第一探头。第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。以实现同时监测环境的温度、湿度和气体的浓度，结构简单、功耗低且本质安全。

Description

环境监测系统、方法及装置

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体而言，涉及一种环境监测系统、方法及装置。

背景技术

当前我国城市地下综合管廊建设发展良好，实现了包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等多个城市重要管线的有序入廊，最大程度改善了城市内涝、“马路拉链”式工程和地下空间资源利用率低等问题。但是，管廊埋于地下，内部湿热的环境是导致各种管道设施老化的主要因素。更重要的是，由于燃气管道的存在，由燃气泄漏而导致的城市地下综合管廊火灾甚至爆炸的安全隐患时刻存在。因此对城市地下综合管廊内部的温度、湿度以及可燃气体的实时监测是保证管廊正常运行、城市基础设施安全的必要措施之一。

然而，当前城市地下综合管廊内针对上述参数的探测传感器仍旧停留在多种检测手段共用，相关传感设备独立运行的阶段。不但使得监测系统结构复杂，而且传感信号模式、协议多样繁杂，数据传输需求量大，在现场应用中系统功耗大而且稳定性差。另外，当前燃气泄漏传感器大多为现场带电运行，难以实现监测的本质安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境监测系统、方法及装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种环境监测系统，包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接。所述系统还包括至少一个探头。所述至少一个探头包括第一探头。所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。所述第一信号光经过所述第一分束器传输至所述第一温度检测光纤光栅，当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第一部分波段范围时，一部分该第一部分波段范围的第一信号光被所述第一温度检测光纤光栅反射并产生第一温度回波信号，所述第一温度回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第二部分波段范围时，一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅透射后传输至所述第一湿度检测光纤光栅，一部分该第二部分波段范围的第一信号光被所述第一湿度检测光纤光栅反射并产生第一湿度回波信号，所述第一湿度回波信号依次经过所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器。所述第二信号光经过所述第一分束器分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气体检测模块，一部分所述第二信号光被所述第一气体检测模块内的待测气体吸收并产生第一气体回波信号，所述第一气体回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器。所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第一温度回波信号及所述第一湿度回波信号分别转换为第一温度电信号和第一湿度电信号并将所述第一温度电信号以及所述第一湿度电信号发送给所述微控制器。所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第一气体回波信号转换为第一气体电信号并将所述第一气体电信号发送给所述微控制器。所述微控制器，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。

第二方面，本发明实施例提供了一种环境监测方法，应用于上述系统中的微控制器，所述方法包括：所述微控制器基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻；所述微控制器基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值；所述微控制器基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值；所述微控制器基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度；所述微控制器基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。

第三方面，本发明实施例提供了一种环境监测装置，运行于上述的微控制器中，所述装置包括第一获取单元、第二获取单元、第三获取单元、第四获取单元和第五获取单元。第一获取单元，用于基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻。第二获取单元，用于基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值。第三获取单元，用于基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值。第四获取单元，用于基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度。第五获取单元，用于基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。

本发明实施例提供了一种环境监测系统、方法及装置，系统包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接。所述系统还包括至少一个探头。所述至少一个探头包括第一探头。所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。通过设置温度检测光纤光栅、湿度检测光纤光栅和气体检测模块分别探测待测点的温度、湿度和气体的方式，使得微控制器基于各个光电探测器转换得到的温度电信号、湿度电信号和气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。以实现同时监测环境的温度、湿度和气体的浓度，结构简单、功耗低且本质安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的环境监测系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的环境监测系统中各个探头中光信号的分布以及回波信号的解释说明示意图；

图3为本发明实施例提供的环境监测系统中激光器高频驱动电路输出的驱动信号时序图；

图4为本发明实施例提供的环境监测方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的环境监测装置的结构框图。

图中：10-系统；20-微控制器；30-激光输出装置；31-激光器高频驱动电路；32-第一激光器；33-第二激光器；34-第一激光分束器；35-第二激光分束器；40-第一光电探测器；50-第二光电探测器；61-第一探头；610-第一分束器；611-第一温度检测光纤光栅；612-第一湿度检测光纤光栅；613-第一气体检测模块；6131-第一气室；6132-第一气体光纤光栅；62-第二探头；620-第二分束器；621-第二温度检测光纤光栅；622-第二湿度检测光纤光栅；623-第二气体检测模块；6n-第n探头；6n0-第n分束器；6n1-第n温度检测光纤光栅；6n2-第n湿度检测光纤光栅；6n3-第n气体检测模块；6n31-第n气室；6n32-第n气体光纤光栅；71-第一延时器；72-第二延时器；7m-第m延时器；80-环形器；81-第一波分复用器；83-第二波分复用器；84-第三光电探测器；85-第四光电探测器；86-多通道高速数据采集电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“电连接”应做广义理解，例如，可以是固定电连接，也可以是可拆卸电连接，或一体地电连接；可以是机械电连接，也可以是电电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，“输出”、“经过”、“传输”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“输出”仅仅是指光信号或电信号通过该设备、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该气体浓度监测系统内各设备、仪器及装置的工作原理、表现所述系统中光信号及电信号的通行逻辑，只是明显区分了各设备、仪器及装置之间的相对位置关系，并不能构成对光路、电路方向及设备仪器大小、尺寸、形状的限定。

请参照图1，本实施例提供一种环境监测系统10，包括微控制器20、激光输出装置30、第一光电探测器40和第二光电探测器50。所述微控制器20分别与所述第一光电探测器40和所述第二光电探测器50电连接。所述系统10还可以包括至少一个探头。所述至少一个探头包括第一探头61。所述第一探头61用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。所述第一探头61可以包括第一分束器610、第一温度检测光纤光栅611、第一湿度检测光纤光栅612和第一气体检测模块613。

所述激光输出装置30用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。

所述第一信号光经过所述第一分束器610传输至所述第一温度检测光纤光栅611，当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第一部分波段范围时，一部分该第一部分波段范围的第一信号光被所述第一温度检测光纤光栅611反射并产生第一温度回波信号，所述第一温度回波信号经过所述第一分束器610输出并传输至所述第一光电探测器40；当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第二部分波段范围时，一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅611透射后传输至所述第一湿度检测光纤光栅612，一部分该第二部分波段范围的第一信号光被所述第一湿度检测光纤光栅612反射并产生第一湿度回波信号，所述第一湿度回波信号依次经过所述第一湿度检测光纤光栅612、所述第一温度检测光纤光栅611及所述第一分束器610输出并传输至所述第一光电探测器40。

所述第二信号光经过所述第一分束器610分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气体检测模块613，一部分所述第二信号光被所述第一气体检测模块613内的待测气体吸收并产生第一气体回波信号，所述第一气体回波信号经过所述第一分束器610输出并传输至所述第二光电探测器50。

所述第一光电探测器40，用于将接收到的所述第一温度回波信号及所述第一湿度回波信号分别转换为第一温度电信号和第一湿度电信号并将所述第一温度电信号以及所述第一湿度电信号发送给所述微控制器20。

所述第二光电探测器50，用于将接收到的所述第一气体回波信号转换为第一气体电信号并将所述第一气体电信号发送给所述微控制器20。

所述微控制器20，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。

为了监测多个待测点例如第一待测点、第二待测点的温度、湿度和气体，待测点的个数与探头的个数一一对应。所述至少一个探头还包括第二探头62。所述系统10还包括至少一个延时器。所述至少一个延时器包括第一延时器71。所述延时器的个数为探头的个数减1。当监测N个待测点时，所述至少一个探头为N个探头，依次分别为第一探头61、第二探头62、……第n探头6n，n≤N；所述至少一个延时器为N-1个延时器，依次分别为第一延时器71、第二延时器72、……第m延时器7m，m≤N-1。每个延时器的两端均连接于相邻两个探头。每个延时器均可以为相同的结构。每个探头均可以为相同的结构。

所述第二探头62用于探测第二待测点的温度、湿度和气体。所述第二探头包括第二分束器620、第二温度检测光纤光栅621、第二湿度检测光纤光栅622和第二气体检测模块623。所述第一延时器71的两端分别与所述第一湿度检测光纤光栅612和所述第二分束器620连接，另一部分该第一部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅611及所述第一湿度检测光纤光栅612透射后再经过所述第一延时器71延时后再经过所述第二分束器620传输至所述第二温度检测光纤光栅621，经过所述第二分束器620后的所述另一部分该第一部分波段范围的第一信号光包括第一温度子信号光，一部分所述第一温度子信号光被所述第二温度检测光纤光栅621反射并产生第二温度回波信号，所述第二温度回波信号依次经过所述第二分束器620、所述第一延时器71、所述第一湿度检测光纤光栅612、所述第一温度检测光纤光栅611及所述第一分束器610输出并传输至所述第一光电探测器40。

另一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅611、所述第一湿度检测光纤光栅612透射后，经过所述第一延时器71延时后再经过所述第二温度检测光纤光栅621透射后传输至所述第二湿度检测光纤光栅622，延时后的所述另一部分该第二部分波段范围的第一信号光包括第一湿度子信号光，一部分所述第一湿度子信号光被所述第二湿度检测光纤光栅622反射并产生第二湿度回波信号，所述第二湿度回波信号依次经过所述第二温度检测光纤光栅621、所述第二分束器620、所述第一延时器71、所述第一湿度检测光纤光栅612、所述第一温度检测光纤光栅611及所述第一分束器610输出并传输至所述第一光电探测器40。

另一部分所述第二信号光依次经过所述第一温度检测光纤光栅611及所述第一湿度检测光纤光栅612透射后再经过所述第一延时器71延时后，再经过所述第二分束器620传输至所述第二气体检测模块623，经过所述第二分束器620后的所述另一部分所述第二信号光包括第一气体子信号光，一部分所述第一气体子信号光被所述第二气体检测模块623内的待测气体吸收并产生第二气体回波信号，所述第二气体回波信号依次经过所述第二分束器620、所述第一延时器71、所述第一湿度检测光纤光栅612、所述第一温度检测光纤光栅611及所述第一分束器610输出并传输至所述第二光电探测器50。

在本实施例中，所述第一气体检测模块613可以包括第一气室6131和第一气体光纤光栅6132。所述第二信号光经过所述第一分束器610分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气室6131，一部分所述第二信号光包括第一气体子信号光，一部分所述第一气体子信号光被所述第一气室6131内的待测气体吸收，另一部分所述第一气体子信号光被所述第一气体光纤光栅6132全反射并产生第一气体待吸收回波信号，一部分该第一气体待吸收回波信号被所述第一气室6131内的待测气体吸收，另一部分该第一气体待吸收回波信号经过所述第一分束器610输出并传输至所述第二光电探测器50，其中，所述一部分该第一气体待吸收回波信号为所述第一气体回波信号。第二气体检测模块623与第一气体检测模块613的结构相同，这里不再赘述。

所述第一光电探测器40，用于将接收到的所述第二温度回波信号及所述第二湿度回波信号分别转换为第二温度电信号和第二湿度电信号并将所述第二温度电信号以及所述第二湿度电信号发送给所述微控制器20。

所述第二光电探测器50，用于将接收到的所述第二气体回波信号转换为第二气体电信号并将所述第二气体电信号发送给所述微控制器20。

所述微控制器20，用于基于所述第二温度电信号、所述第二湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第二待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。

进一步地，所述系统10还可以包括环形器80和第一波分复用器81。所述环形器80的第一端与所述激光输出装置30连接。所述环形器80的第二端与所述第一分束器610连接，所述环形器80的第三端通过所述第一波分复用器81与所述第一光电探测器40及所述第二光电探测器50均连接。

进一步地，所述系统10还可以包括第二波分复用器83、第三光电探测器84和第四光电探测器85。所述第二波分复用器83的一端与所述激光输出装置30连接，另一端与所述第三光电探测器84和所述第四光电探测器85连接。

所述激光输出装置30，还用于输出所述第一扫描波段范围的第一参考光及所述第二扫描波段范围的第二参考光，所述第一参考光和所述第二参考光经过所述第二波分复用器83分光后分别对应传输至所述第三光电探测器84和所述第四光电探测器85。

所述第三光电探测器84，用于将接收到的所述第一参考光转换为第一参考电信号并将所述第一参考电信号发送给所述微控制器20。所述第四光电探测器85，用于将接收到的所述第二参考光转换为第二参考电信号并将所述第二参考电信号发送给所述微控制器20。所述微控制器20，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号、所述第一气体电信号、所述第一参考电信号及所述第二参考电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。

进一步地，所述系统10还可以包括多通道高速数据采集电路86。多通道高速数据采集电路86分别与所述微控制器20、第一光电探测器40、第二光电探测器50、第三光电探测器84和第四光电探测器85。

进一步地，所述激光输出装置30可以包括激光器高频驱动电路31、第一激光器32、第二激光器33、第一激光分束器34和第二激光分束器35。所述激光器高频驱动电路31与所述第一激光器32、所述第二激光器33及所述微控制器20均电连接。所述第二波分复用器83依次经过所述第一激光分束器34和第二激光分束器35连接于所述第一激光器32和所述第二激光器33。所述环形器80的第一端连接于所述第二激光分束器35。所述第一激光器32输出的第一扫描波段范围的第一激光光束通过所述第一激光分束器34传输至所述第二激光分束器35，经过所述第二激光分束器35分束为第一信号光和第一参考光。所述第二激光器33输出的第二扫描波段范围的第二激光光束通过所述第一激光分束器34传输至所述第二激光分束器35，经过所述第二激光分束器35分束为第二信号光和第二参考光。

在本实施例中，微控制器20以一定时间T为周期，向激光器高频驱动电路31发送阶梯状的数字信号，即数字信号值随着时间的推移依次增大，呈现出阶梯状，但每个方波信号的周期均为T并且脉冲高电平信号持续时间相同；微控制器20以更大的时间周期T0重复上述过程，重复输出上述阶梯状的离散信号。微控制器20输出的激光器驱动信号如图2所示。激光器高频驱动电路31将此阶梯状的周期数字信号转化为相应的模拟电流信号并分别将其持续的注入到第一激光器32与第二激光器33各自的控制电流输入引脚。第一激光器32和第二激光器33分别在各自对应的电流信号的控制下周期性的持续输出波长由短到长的脉冲激光束。在激光器高频驱动电路31的驱动控制下，第一激光器32与第二激光器33相互独立，分别发射出波长扫描的脉冲激光束。第一激光器32和第二激光器33各自发射出的脉冲激光束经过第一激光分束器34后进入同一根光纤进行传输，再到第二激光分束器35进行分光。

进一步地，所述系统10还包括第三探头、……第n探头6n。第n探头6n可以包括第n分束器6n0、第n温度检测光纤光栅6n1、第n湿度检测光纤光栅6n2和第n气体检测模块6n3。第n气体检测模块6n3可以包括第n气室6n31和第n气体光纤光栅6n32。每个气体检测模块均与第一气体检测模块613的结构相同。所述系统还包括第二延时器72……第m延时器7m。脉冲光将在第二探头62、第三探头、……第n探头中重复第一探头61中的上述传输过程，直至产生与n个探头各自对应的温度回波信号、湿度回波信号和气体回波信号。所有回波信号沿入射光路反向传输，并再次经过环形器80后传输到第一波分复用器81进行分光后，与第一激光器32相对应的回波信号到达第一光电探测器40并引起响应，与第二激光器33相对应的回波信号到达第二光电探测器50并引起响应。

第二激光分束器35的分光比为1:1，第一激光器32输出的第一参考光到达第三光电探测器84处的光能为I₀₁，与输出的第一信号光经过环形器80后向着第一探头61传输的光能相同。同理，第二激光器33输出第二参考光到达第四光电探测器85处的光能为I₀₂，与输出的第二信号光经过环形器80后向着第一探头61传输的光能相同。

如图3所示，第一探头61、第二探头62、……、第n探头6n各自中对应的第一分束器610、第二分束器620、……、第n分束器6n0的分光比分别为1:N、1：(N-1)、……、1:1。第一探头61、第二探头62、……、第n探头6n各自中对应的第一温度检测光纤光栅611和第一湿度检测光纤光栅612、第二温度检测光纤光栅621和第二湿度检测光纤光栅622、……、第n温度检测光纤光栅6n1和第n湿度检测光纤光栅6n2对各自相应波段内处于反射特征波长附近的脉冲光的部分反射率分别为

……、1。基于第一分束器610、第二分束器620、……、第n分束器6n0的分光比设置，在n个探头中，由第二激光器33出射的脉冲光在入射到对应的气室中之前的能量均为

在第一探头61、第二探头62、……、第n探头6n中，能量为

的脉冲光经过两次被相应气室中的气体部分吸收，分别产生处于气体特征吸收峰附近波段的回波信号的脉冲强度，即第一气体回波信号的脉冲强度为I_G1、第二气体回波信号的脉冲强度为I_G2、……、第n气体回波信号的脉冲强度为I_Gn为：

公式(1)中，C_n为第n探头6n中气室内待测气体的浓度值；α是与气室和气体种类有关的常数，由于装置中各探头内的气室设计完全相同且均检测同一种气体，因此对于各个探头，α为常数。因此，第一探头61、第二探头62、……、第n探头6n中各自的待测气体的浓度值为：

由于I₀₂可以由第四光电探测器85响应得到，回波信号由第二光电探测器50响应得到，基于公式(2)即可反演得到各个探头中待测气体的浓度值。基于特殊的分束器分光比设置以及第一温度检测光纤光栅611、第二温度检测光纤光栅621、……、第n温度检测光纤光栅6n1对其特征反射波长处脉冲光的部分反射率设置，由第一温度检测光纤光栅611、第二温度检测光纤光栅621、……、第n温度检测光纤光栅6n1各自反射的处于特征反射波长附近的脉冲光强度，即携带有各个探头中温度信息的回波信号，即第一温度回波信号I_T1、第二温度回波信号I_T2、……、第n温度回波信号I_Tn为：

公式(3)中，I_01s表示第一激光器32在第一扫描波段范围时出射的脉冲光强度。类似的，由第一湿度检测光纤光栅612、第二湿度检测光纤光栅622、……、第n湿度检测光纤光栅6n2反射的处于特征反射波长附近的脉冲光强度，即携带有各个探头中湿度的回波信号，即第一湿度回波信号I_H1、第二湿度回波信号I_H2、……、第n湿度回波信号I_Hn为：

在公式(4)中，I_01L为第一激光器32在第二扫描波段范围时的脉冲光强度。在第一激光器32扫描的过程中，当第一激光器32的出射波长与温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅的特征反射波长一致时，第一光电探测器40将获取到由温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅反射所得的回波信号，回波信号强度如公式(3)和公式(4)描述。由于分束器特殊的设置，使得各个探头中温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅的回波信号强度理论上相等，便于信号的分析解调。但是温度和湿度的变化体现在相应光纤光栅反射特征波长的漂移。随着温度和湿度的变化，温度检测光纤光栅与湿度检测光纤光栅的特征反射波长将不同。由于第一激光器32在扫描周期中的不同时刻出射波长不同，相应的，不同的温度或者湿度将使得温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅在第一激光器32扫描周期中反射回波信号的时刻有所不同。而反射回波信号时刻的不同正是光纤光栅反射特征波长不同的体现。

可以理解的是，系统10中的各个激光器、分束器、环形器、波分复用器、延时器、探头及探头内的气室、气体光纤光栅均通过光纤连接。第一温度检测光纤光栅611至第n温度检测光纤光栅6n1用于检测对应待测点的温度。第一湿度检测光纤光栅612至第n湿度检测光纤光栅6n2用于检测对应待测点的湿度。第n温度检测光纤光栅6n1和第n湿度检测光纤光栅6n2各自的反射特征波长相互分离，且随着环境温度与湿度的变化，各个温度光纤光栅和湿度光纤光栅的反射特征波长虽有漂移但不会发生重合。第一激光器32与各个探头中的温度检测光纤光栅和湿度检测光纤光栅相对应，作为环境温度、湿度的主动探测光源，其波长扫描范围完全覆盖温度检测光栅和湿度检测光栅的反射特征波长。温度检测光纤光栅与湿度检测光纤光栅的反射特征波长不同，分别用于对探头处环境温度和湿度的感知，且随着环境温度与湿度的变化，两光纤光栅的反射特征波长虽有漂移但不会发生重合。

第一气体光纤光栅6132至第n气体光纤光栅6n32用于检测对应待测点的待测气体的浓度。第一气体光纤光栅6132至第n气体光纤光栅6n32均为啁啾光栅，啁啾光栅反射的特征波长范围较宽，可以完全覆盖待测气体特征吸收峰的展宽。第二激光器33与各个探头中气体检测光纤光栅相对应，作为气体浓度的主动探测光源，其波长扫描范围可以完全覆盖待测气体的吸收光谱特征峰。

在本实施例中，所述第一扫描波段范围为1528nm到1532nm，所述第一部分波段范围为1528nm到1530nm，所述第二部分波段范围为1530nm到1532nm，所述待测气体为甲烷，所述第二扫描波段范围的中心波长为1653.7nm。

进一步地，为了更进一步说明本发明实施例提供的环境监测系统的有益效果，以城市管廊内对N＝8个待测点的温度、湿度和甲烷气体进行检测为例。选取第一激光器32的中心波长为1530nm，扫描范围为1528nm到1532nm。选取第二激光器33的中心波长为1653.7nm，扫描范围1nm，甲烷气体在此波段内有显著的吸收特征峰。第二激光分束器35的分光比为1:1，第一激光器32输出的第一参考光到达第三光电探测器84处的光能为I₀₁，与输出的第一信号光经过环形器80后向着第一探头61传输的光能相同。同理，第二激光器33输出第二参考光到达第四光电探测器85处的光能为I₀₂，与输出的第二信号光经过环形器80后向着第一探头61传输的光能相同。第一探头61、第二探头62、……、第八探头各自中对应的第一分束器610、第二分束器620、……、第八分束器的分光比分别为1:8、1：7、……、1:1。第一探头61、第二探头62、……、第八探头各自中对应的第一温度检测光纤光栅611和第一湿度检测光纤光栅612、第二温度检测光纤光栅621和第二湿度检测光纤光栅622、……、第八温度检测光纤光栅和第八湿度检测光纤光栅对各自相应波段内处于反射特征波长附近的脉冲光的部分反射率分别为

……、1。

微控制器20以如图2所示的时序向激光器高频驱动电路31发送阶梯状的数字信号并重复输出此阶梯状的离散信号。激光器高频驱动电路31将此阶梯状的周期数字信号转化为模拟的电流信号，并分别将其持续的注入到第一激光器32与第二激光器33的控制电流输入引脚。第一激光器32与第二激光器33在各自对应的扫描电流信号的控制下周期性的持续输出波长由短到长的脉冲激光束。

两个激光器即第一激光器32和第二激光器33出射的脉冲激光束经过第一激光分束器34进入一根光纤并经过第二激光分束器35进行分束。一部分作为参考光经过第二波分复用器之后按波段再分为两束，分别为第一激光器32的出射光与第二激光器33的出射光。两脉冲光束分别引起第三光电探测器与第四光电探测器的响应，产生最终第一参考光和第二参考光。第二激光分束器分出的另一束脉冲在环形器的引导下进入第一探头61。脉冲光进入第一探头61后首先被第一分束器610分为两束，一束向着第一温度检测光纤光栅611与第一湿度检测光纤光栅612传输，另一束向着第一气室6131与第一气体光纤光栅6132传输。第一激光器32发射出的脉冲激光束波长由小到大扫描。当扫描波长处于1528nm到1530nm范围内时，首先覆盖第一温度检测光纤光栅611的反射特征波长。第一温度检测光纤光栅611的反射特征波长与第一探头61中环境温度有关，此波段内，在第一温度检测光纤光栅611反射特征波长附近，来自于第一激光器32的出射脉冲部分被第一温度检测光纤光栅611反射并产生第一温度回波信号，其余透射，而第一湿度检测光纤光栅612对于该波段脉冲无任何反射作用，完全透过；然后随着激光束波长扫描的增大，当扫描波长处于1530nm到1532nm范围内时，将进一步覆盖第一湿度检测光纤光栅612的反射特征波长，第一湿度检测光纤光栅612的反射的特征波长与第一探头61中环境湿度有关，此波段内，在第一湿度检测光纤光栅612反射特征波长附近，来自于第一激光器32的出射脉冲部分被第一湿度检测光纤光栅612反射并产生第一湿度回波信号，其余透射，而第一温度检测光纤光栅611对于该波段脉冲无任何反射作用，完全能透过。另一束向着第一气室6131与第一气体光纤光栅6132传输的脉冲光以1653.7nm为中心波长，该脉冲光首先被第一气室6131内甲烷部分吸收后被第一气体光纤光栅6132全反射，之后再次被第一气室6131内的气体部分吸收并沿原光路返回，产生第一气体回波信号。由第一激光器出射并从第一温度检测光纤光栅或第一湿度检测光纤光栅透射的脉冲光从第一探头出射并向着第一延时器传输。此脉冲光经过第一延时器延时后进入第二探头。此后，脉冲光将在第二探头至第八探头中重复第一探头中的上述传输过程，直至产生与全部8个探头相对应的温度回波信号、湿度回波信号和气体回波信号。所有回波信号沿入射光路反向传输，并再次经过环形器后传输到第一波分复用器进行分光。分光后，扫描范围为1528nm到1532nm的回波脉冲激光到达第一光电探测器并引起响应，中心波长为1653.7nm的回波脉冲激光到达第二探测器并引起响应。由于8个探头中分束器分光比以及温度检测光纤光栅和湿度检测光纤光栅对相应反射特征波长附近波段脉冲光反射率的特殊设置，不同探头的回波信号强度彼此近似相等，大大有利于后续温度、湿度以及甲烷气体浓度的解调反演计算。

在扫描波段1528nm到1530nm，微控制器获取第三光电探测器响应得到的第一参考电信号与由第一光电探测器响应得到的各个回波电信号，将每个回波信号与第一参考电信号对比，获得各个回波信号各自对应的波长。根据温度检测光纤光栅与环境温度之间的关系，微控制器通过对回波信号所处波长的实时检测，反演得到8个探头内相应的温度。同样的方法，利用扫描波段1530nm到1532nm，可以实现对8个探头内相应湿度的检测。各个探头中的啁啾光纤光栅对于以1653.7nm为中心波长，以1nm为扫描范围的脉冲激光具有全反射作用。在1653.7nm附近，微控制器获取第四光电探测器响应得到的第二参考电信号I₀₂与8个探头中啁啾光栅反射的回波信号。根据所设计气室的结构(如吸收光程长度、气室对1653.7nm附近波段的损耗等)和甲烷气体在1653.7nm附近的吸收特征，首先获取公式(2)中的常数α，然后基于公式(2)所描述的关系，最终可以反演得到8个探头中甲烷气体的浓度值。

基于所述实施方式，装置系统最终可以同时实现对8个探头处的温度、湿度以及甲烷气体浓度进行解调反演，从而实现城市管廊内多参数(温度、湿度、甲烷气体浓度)的在线、实时传感探测。

本发明实施例提供的环境监测系统，将温度、湿度以及气体浓度参数探测的器件串接于光纤之上，在对多参数进行检测时，实现了由多种传感器的简单拼接到系统有效集成的跨越，真正提出一种一体化的多参数(温度、湿度、气体浓度)探测装置；系统采用光时域分析技术，一束激光脉冲可实现多点同时检测，大大提高光源利用效率；探测装置采用分布式结构，仅通过两根光纤即可实现对长距离范围内多个待测点的探测，大大减少了探测光源的数量，有效降低了探测系统的功耗，同时价格更加低廉；探头内分束器的分光比、温度检测光纤光栅与湿度检测光纤光栅的部分反射率均进行了特殊设置，使得温度、湿度以及气体浓度的探测回波信号强度近似相同，大大降低了信号解调的难度，缩短了解调时间，大大提高了装置的响应速度；在监测现场，所提出探测装置均为光信号的光纤传输，免于电磁干扰的影响，且检测过程在现场无带电操作，具有本质安全属性。

本发明实施例提供了一种环境监测系统，包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接。所述系统还包括至少一个探头。所述至少一个探头包括第一探头。所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。通过设置温度检测光纤光栅、湿度检测光纤光栅和气体检测模块分别探测待测点的温度、湿度和气体的方式，使得微控制器基于各个光电探测器转换得到的温度电信号、湿度电信号和气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。以实现同时监测环境的温度、湿度和气体的浓度，结构简单、功耗低且本质安全。

请参阅图4，本发明实施例提供了一种环境监测方法，应用于所述的系统中的微控制器，所述方法包括步骤S400、步骤S410、步骤S420、步骤S430和步骤S440。

步骤S400：所述微控制器基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻。

步骤S410：所述微控制器基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值。

步骤S420：所述微控制器基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值。

在第一激光器扫描的过程中，当第一激光器的出射波长与各个温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅的特征反射波长一致时，第一光电探测器将获取到由温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅反射所得的回波信号，回波信号强度如公式(3)和公式(4)描述。由于分束器特殊的设置，使得各个探头中温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅的回波信号强度理论上相等，便于信号的分析解调。但是温度和湿度的变化体现在相应光纤光栅反射特征波长的漂移。随着温度和湿度的变化，温度检测光纤光栅与湿度检测光纤光栅的特征反射波长将不同。由于第一激光器在扫描周期中的不同时刻出射波长不同，相应的，不同的温度或者湿度将使得温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅在第一激光器扫描周期中反射回波信号的时刻有所不同。而反射回波信号时刻的不同正是光纤光栅反射特征波长不同的体现。一般的，第一激光器出射波长λ与一个扫描周期T₀内的时间t呈现出线性关系：

λ＝at+λ₀ (5)

在一定范围内，各个温度检测光纤光栅或者湿度检测光纤光栅反射特征波长的漂移也与相应的温度T和湿度H呈线性关系：

T＝K_Tλ_T+B_T (6)

H＝K_Hλ_H+B_H (7)

以湿度检测为例，当湿度由H₁变为H₂时，第一湿度检测光纤光栅在第一激光器扫描周期内反射的第一湿度回波信号的时刻分别为t₁和t₂，根据公式(5)，则反演得到第一湿度光纤光栅反射特征波长分别为λ_H1与λ_H2。基于公式(7)所述规律，针对具体使用的光纤光栅，将漂移的波长代入具体的湿度与波长的线性关系式，最终可以反演得到相应探头处的环境湿度值。对于温度检测同理，只是温度检测对应于第一激光器扫描周期中的短波段，湿度检测对应于第一激光器扫描周期的长波段。微控制器通过第一光电探测器获取第一激光器在一个扫描周期内的出射光信号。通过对比第三光电探测器与第一光电探测器所获取的光电信号，微控制器可以得到回波信号在第一激光器扫描波段内所处的位置，从而得到回波信号的波长。微控制器通过对回波信号所处波长的实时检测，反演得到各个探头内相应的温度和湿度状况。

将获取到的第一温度回波信号的发射时刻带入到公式(5)，获得第一温度回波信号的波长λ_T1，再将第一温度回波信号的波长带入公式(6)，获得第一待测点的温度值。

将获取到的第一湿度回波信号的发射时刻带入到公式(5)，获得第一湿度回波信号的波长λ_H1，再将第一湿度回波信号的波长带入公式(7)，获得第一待测点的湿度值。

步骤S430：所述微控制器基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度。

步骤S440：所述微控制器基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。

步骤S440可以包括：所述微控制器基于

获得所述第一待测点的待测气体的浓度值，I_G1为所述第一气体回波信号的脉冲强度，C₁为所述第一待测点的待测气体的浓度值，I₀₂为预先获取到的第二参考光的脉冲强度，α为预设常数，n为所述至少一个探测的个数。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的环境监测方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

请参阅图5，本发明实施例提供了一种环境监测装置90，运行于所述的微控制器中，所述装置90可以包括第一获取单元900、第二获取单元910、第三获取单元920、第四获取单元930和第五获取单元940。

第一获取单元900，用于基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻。

第二获取单元910，用于基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值。

第三获取单元920，用于基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值。

第四获取单元930，用于基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度。

第五获取单元940，用于基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。

第五获取单元940，用于基于

获得所述第一待测点的待测气体的浓度值，I_G1为所述第一气体回波信号的脉冲强度，C₁为所述第一待测点的待测气体的浓度值，I₀₂为预先获取到的第二参考光的脉冲强度，α为预设常数，n为所述至少一个探测的个数。

以上各单元可以是由软件代码实现，此时，上述的各单元可存储于微控制器20中所包括的存储器内。以上各单元同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。

本发明实施例提供的环境监测装置90，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

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 (9)

1.一种环境监测系统，其特征在于，包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器，所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接；

所述系统还包括至少一个探头，所述至少一个探头包括第一探头，所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体，所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块，所述第一探头内的所述第一温度检测光纤光栅与所述第一湿度检测光纤光栅串联形成串联光路结构，所述串联光路结构与所述第一气体检测模块形成并联光路结构；

所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光；

所述第一信号光经过所述第一分束器传输至所述第一温度检测光纤光栅，当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第一部分波段范围时，一部分该第一部分波段范围的第一信号光被所述第一温度检测光纤光栅反射并产生第一温度回波信号，所述第一温度回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第二部分波段范围时，一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅透射后传输至所述第一湿度检测光纤光栅，一部分该第二部分波段范围的第一信号光被所述第一湿度检测光纤光栅反射并产生第一湿度回波信号，所述第一湿度回波信号依次经过所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；

所述第二信号光经过所述第一分束器分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气体检测模块，一部分所述第二信号光被所述第一气体检测模块内的待测气体吸收并产生第一气体回波信号，所述第一气体回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器；

所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第一温度回波信号及所述第一湿度回波信号分别转换为第一温度电信号和第一湿度电信号并将所述第一温度电信号以及所述第一湿度电信号发送给所述微控制器；

所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第一气体回波信号转换为第一气体电信号并将所述第一气体电信号发送给所述微控制器；

所述微控制器，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值；

所述至少一个探头还包括第二探头，所述系统还包括至少一个延时器，所述至少一个延时器包括第一延时器，所述第二探头用于探测第二待测点的温度、湿度和气体，所述第二探头包括第二分束器、第二温度检测光纤光栅、第二湿度检测光纤光栅和第二气体检测模块，所述第一延时器的两端分别与所述第一湿度光纤光栅和所述第二分束器连接，另一部分该第一部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅及所述第一湿度检测光纤光栅透射后再经过所述第一延时器延时后再经过所述第二分束器传输至所述第二温度检测光纤光栅，经过所述第二分束器后的所述另一部分该第一部分波段范围的第一信号光包括第一温度子信号光，一部分所述第一温度子信号光被所述第二温度检测光纤光栅反射并产生第二温度回波信号，所述第二温度回波信号依次经过所述第二分束器、所述第一延时器、所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；

另一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅、所述第一湿度检测光纤光栅透射后，经过所述第一延时器延时后再经过所述第二温度检测光纤光栅透射后传输至所述第二湿度检测光纤光栅，延时后的所述另一部分该第二部分波段范围的第一信号光包括第一湿度子信号光，一部分所述第一湿度子信号光被所述第二湿度检测光纤光栅反射并产生第二湿度回波信号，所述第二湿度回波信号依次经过所述第二温度检测光纤光栅、所述第二分束器、所述第一延时器、所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；

另一部分所述第二信号光依次经过所述第一温度检测光纤光栅及所述第一湿度检测光纤光栅透射后再经过所述第一延时器延时后，再经过所述第二分束器传输至所述第二气体检测模块，经过所述第二分束器后的所述另一部分所述第二信号光包括第一气体子信号光，一部分所述第一气体子信号光被所述第二气体检测模块内的待测气体吸收并产生第二气体回波信号，所述第二气体回波信号依次经过所述第二分束器、所述第一延时器、所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器；

所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第二温度回波信号及所述第二湿度回波信号分别转换为第二温度电信号和第二湿度电信号并将所述第二温度电信号以及所述第二湿度电信号发送给所述微控制器；

所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第二气体回波信号转换为第二气体电信号并将所述第二气体电信号发送给所述微控制器；

所述微控制器，用于基于所述第二温度电信号、所述第二湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第二待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括环形器和第一波分复用器，所述环形器的第一端与所述激光输出装置连接，所述环形器的第二端与所述第一分束器连接，所述环形器的第三端通过所述第一波分复用器与所述第一光电探测器及所述第二光电探测器均连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第二波分复用器、第三光电探测器和第四光电探测器，所述第二波分复用器的一端与所述激光输出装置连接，另一端与所述第三光电探测器和所述第四光电探测器连接；

所述激光输出装置，还用于输出所述第一扫描波段范围的第一参考光及所述第二扫描波段范围的第二参考光，所述第一参考光和所述第二参考光经过所述第二波分复用器分光后分别对应传输至所述第三光电探测器和所述第四光电探测器；

所述第三光电探测器，用于将接收到的所述第一参考光转换为第一参考电信号并将所述第一参考电信号发送给所述微控制器；

所述第四光电探测器，用于将接收到的所述第二参考光转换为第二参考电信号并将所述第二参考电信号发送给所述微控制器；

所述微控制器，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号、所述第一气体电信号、所述第一参考电信号及所述第二参考电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光输出装置包括激光器高频驱动电路、第一激光器、第二激光器、第一激光分束器和第二激光分束器，所述激光器高频驱动电路与所述第一激光器、所述第二激光器及所述微控制器均电连接，所述第二波分复用器依次经过所述第一激光分束器和第二激光分束器连接于所述第一激光器和所述第二激光器，所述环形器的第一端连接于所述第二激光分束器；

所述第一激光器输出的第一扫描波段范围的第一激光光束通过所述第一激光分束器传输至所述第二激光分束器，经过所述第二激光分束器分束为第一信号光和第一参考光；

所述第二激光器输出的第二扫描波段范围的第二激光光束通过所述第一激光分束器传输至所述第二激光分束器，经过所述第二激光分束器分束为第二信号光和第二参考光。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一气体检测模块包括第一气室和第一气体光纤光栅，所述第二信号光经过所述第一分束器分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气室，一部分所述第二信号光包括第一气体子信号光，一部分所述第一气体子信号光被所述第一气室内的待测气体吸收，另一部分所述第一气体子信号光被所述第一气体光纤光栅全反射并产生第一气体待吸收回波信号，一部分该第一气体待吸收回波信号被所述第一气室内的待测气体吸收，另一部分该第一气体待吸收回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器，其中，所述一部分该第一气体待吸收回波信号为所述第一气体回波信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一扫描波段范围为1528nm到1532nm，所述第一部分波段范围为1528nm到1530nm，所述第二部分波段范围为1530nm到1532nm，所述待测气体为甲烷，所述第二扫描波段范围的中心波长为1653.7nm。

7.一种环境监测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的系统中的微控制器，所述方法包括：

所述微控制器基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻；

所述微控制器基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值；

所述微控制器基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值；

所述微控制器基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度；

所述微控制器基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述微控制器基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值，包括：

所述微控制器基于

获得所述第一待测点的待测气体的浓度值，I_G1为所述第一气体回波信号的脉冲强度，C₁为所述第一待测点的待测气体的浓度值，I₀₂为预先获取到的第二参考光的脉冲强度，α为预设常数，n为所述至少一个探测的个数。

9.一种环境监测装置，其特征在于，运行于如权利要求1-6任一项所述的微控制器中，所述装置包括：

第一获取单元，用于基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻；

第二获取单元，用于基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值；

第三获取单元，用于基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值；

第四获取单元，用于基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度；

第五获取单元，用于基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。

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