CN109596539A - 一种识别目标气体中干扰气体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种识别目标气体中干扰气体的方法及装置。所述方法包括使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线；根据所述吸收谱线得到多个吸收峰；根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰对应的浓度系数；根据每个吸收峰和其对应的浓度系数计算每个吸收峰对应的气体浓度；判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气体。本发明通过获取多个吸收峰进而计算各个吸收峰对应的气体浓度，若浓度差别较小，则判定不存在干扰气体，反之判定干扰气体存在，因此，能够基于激光探测有效地避免干扰气体对测量结果的影响，减少误差。

Description

一种识别目标气体中干扰气体的方法及装置

技术领域

本发明涉及激光遥测技术领域，尤其涉及一种识别目标气体中干扰气体的方法及装置。

背景技术

TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称，TDLAS技术通常是利用窄线宽可调谐半导体激光器发出的激光来对特定气体的单一吸收峰进行扫描，获取气体的吸收谱线，通过分析吸收谱线的线型和强度，可以获得气体的浓度信息。

虽然TDLAS系统具有非常优秀的气体选择性，在大部分应用环境下具有优秀的抗干扰性，但是若目标气体特定吸收峰附近存在干扰气体的吸收时，如图1所示，所获得的吸收谱线中就会包含干扰气体的吸收信息，其测量结果就会受到干扰气体的影响，从而出现目标气体浓度测量结果错误的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种识别目标气体中干扰气体的方法及装置。

本发明是以如下技术方案实现的：

第一方面，一种识别目标气体中干扰气体的方法，包括：

使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线；

根据所述吸收谱线得到多个吸收峰A_i；

根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰A_i对应的浓度系数K_i；

根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度；

判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气体。

第二方面，一种识别目标气体中干扰气体的装置，包括：

激光器扫描模块，用于使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线；

分析模块，用于根据所述吸收谱线识别目标气体中干扰气体。

进一步地，所述分析模块包括：

吸收峰判定单元，用于根据所述吸收谱线得到多个吸收峰；

参数获取单元，用于根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰A_i对应的浓度系数K_i；

浓度计算单元，用于根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度；

判断单元，用于判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气。

第三方面，一种激光器控制装置，所述控制装置包括激光器，还包括：

分光部件，设置于所述激光器的出射光路，将所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；

气体吸收池，设置于所述参考光所在的光路上；

探测器，用于接收经过所述气体吸收池的参考光；

控制器，所述控制器与所述探测器连接；

驱动模块，用于根据所述控制器输出的驱动信号驱动所述激光器；

所述控制器包括：

数字采样模块，用于将接收到的电信号进行采样得到数字信号；

吸收峰分析模块，用于根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰；

偏移量计算模块，用于将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量；

驱动信号输出模块，用于根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号，并将所述驱动信号传输至所述驱动模块；

所述激光器控制装置还包括：

激光器扫描模块，用于使用激光器扫描气体吸收池并获取所述气体吸收池中的气体对应的吸收谱线；

分析模块，用于根据所述吸收谱线识别气体吸收池中干扰气体。

第四方面，一种激光器控制方法，包括：

判定气体吸收池中是否存在干扰气体；

若不存在，则获取经过气体吸收池的参考光的数字信号；根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰；将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量；根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号；根据所述驱动信号驱动所述激光器。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种识别目标气体中干扰气体的方法及装置，通过获取多个吸收峰进而计算各个吸收峰对应的气体浓度，若浓度差别较小，则判定不存在干扰气体，反之判定干扰气体存在，因此，能够基于激光探测有效地避免干扰气体对测量结果的影响，减少误差。

附图说明

图1是本发明背景技术提供的气体吸收示意图；

图2是本发明实施例提供的一种识别目标气体中干扰气体的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的不存在干扰气体情况下的吸收谱线示意图；

图4是本发明实施例提供的甲烷吸收峰示意图；

图5是本发明实施例提供的一种识别目标气体中干扰气体的装置框图；

图6是本发明实施例提供的分析模块框图；

图7是本发明实施例提供的第一种激光器扫描模块示意图；

图8是本发明实施例提供的第一种激光器扫描模块得到的吸收谱线示意图；

图9是本发明实施例提供的第二种激光器扫描模块示意图；

图10是本发明实施例提供的第二种激光器扫描模块得到的吸收谱线示意图；

图11是本发明实施例提供的一种激光器控制装置示意图；

图12是本发明实施例提供的一种激光器控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种识别目标气体中干扰气体的方法，如图2所示，包括：

S101.使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线。

具体地，本发明实施例中对于吸收谱线的数量不做限制，吸收谱线的作用在于能够得到多个吸收峰。

在一个可行的实施例中，可以使用激光器对目标气体进行多次扫描，每一次扫描得到一条吸收谱线，每条吸收谱线中存在一个或多个吸收峰。

S102.根据所述吸收谱线得到多个吸收峰A_i。

S103.根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰A_i对应的浓度系数K_i。

S104.根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度。

具体地，所述根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度可以有两种可行的实施方式：

第一种为根据吸收峰A_i处的峰值与吸收峰A_i对应的浓度系数K_i计算吸收峰A_i对应的气体浓度；

第二种为根据吸收峰A_i的面积与吸收峰A_i对应的浓度系数K_i计算吸收峰A_i对应的气体浓度。

S105.判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气体。

具体地，所述预设阈值为大于0的正数，其具体数值可以根据实际情况和目标气体成分进行设定。

在存在干扰气体的情况下，得到的吸收峰事实上是目标气体和干扰气体的吸收谱线的叠加，因此，根据得到的吸收峰计算出的浓度是大于真实的目标气体的浓度的，如图1所示，其示出了存在干扰气体情况下的吸收谱线，如图3所示，其示出了不存在干扰气体情况下的吸收谱线。因此，可以通过对于吸收谱线的分析判断出干扰气体是否存在。

本发明实施例可以在TDLAS现有技术基础上，通过获得两个或两个以上目标气体的吸收峰对目标气体的成分进行判定。气体通常在不同波长处存在多个吸收峰，如图4所示，目标气体(甲烷CH4)在波长1645.5nm；1648.2nm；1651.0nm；1653.7nm处均存在吸收峰。但是，若甲烷中同时存在水蒸气和二氧化碳等干扰气体的时候，根据各个吸收峰计算得到的甲烷浓度是不一样的，此时即可知晓存在干扰气体。

本发明实施例提供了一种干扰气体的识别方法，通过获取多个吸收峰进而计算各个吸收峰对应的气体浓度，若浓度差别较小，则判定不存在干扰气体，反之判定干扰气体存在。本发明实施例能够基于激光探测有效避免干扰气体对测量结果的影响，减少误差。

本发明实施例进一步提供一种识别目标气体中干扰气体的装置，如图5所示，包括：

激光器扫描模块201，用于使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线。

分析模块202，用于根据所述吸收谱线识别目标气体中干扰气体。

具体地，所述分析模块202如图6所示，包括：

吸收峰判定单元2021，用于根据所述吸收谱线得到多个吸收峰；

参数获取单元2022，用于根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰A_i对应的浓度系数K_i；

浓度计算单元2023，用于根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度；

判断单元2024，用于判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气体。

具体地，所述激光器扫描模块201可以对于目标气体进行多次扫描以得到多个吸收峰，为了达到这样的技术效果，本发明实施例提供两种激光器扫描模块201的设置方法。

在一个可行的实施例中，如图7所示，所述激光器扫描模块包括多个激光器，每个激光器对应一个探测器，所述激光器发出的激光经过目标气体后被对应的探测器接收。具体地，每个激光器的扫描波段各不相同，可以互不重叠。

在所述实施例中，多个激光器发射不同波长的激光扫描，且各个激光器发出的激光所在的光路相互独立不重叠。这样每个探测器只能获得对应波长的吸收谱线，如图8所示。将得到的吸收谱线综合分析即可得到多个吸收峰。

在另一个可行的实施例中，如图9所示，所述激光器扫描模块包括多个激光器，所述多个激光器发出的激光经过目标气体后被同一个探测器接收。通过设计各激光器分时工作，使得探测器在不同的时间获取不同激光器发出的激光，从而得到吸收谱线，如图10所示。将得到的吸收谱线综合分析即可得到多个吸收峰。

本发明装置实施例与方法实施例基于相同构思，并具体提供了两种气体扫描装置。一种采用独立的激光器探测器光路，可以同时获得多个吸收谱线。另一种采用共用探测器的光路，可以通过分时交替开启单一激光器，来分时获得多个吸收谱线。

进一步地，在能够有效识别干扰气体的前提下，如图11所示，提供一种激光器控制装置，所述控制装置包括激光器，所述控制装置还包括：

分光部件，设置于所述激光器的出射光路，将所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；

气体吸收池，设置于所述参考光所在的光路上；

探测器，用于接收经过所述气体吸收池的参考光；

控制器，所述控制器与所述探测器连接；

驱动模块，用于根据所述控制器输出的驱动信号驱动所述激光器；

所述控制器包括：

数字采样模块，用于将接收到的电信号进行采样得到数字信号；

吸收峰分析模块，用于根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰；

偏移量计算模块，用于将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量；

驱动信号输出模块，用于根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号，并将所述驱动信号传输至所述驱动模块。

所述激光器控制装置还包括：

激光器扫描模块，用于使用激光器扫描气体吸收池并获取所述气体吸收池中的气体对应的吸收谱线；

分析模块，用于根据所述吸收谱线识别气体吸收池中干扰气体。

具体地，激光器扫描模块和分析模块的具体内容请参见上述实施例。

所述激光器控制装置中施行一种激光器控制方法，具体地，通过本发明实施例提供的干扰气体识别方法判定所述气体吸收池中是否存在干扰气体，在被判定为不存在干扰气体的前提下，执行所述激光控制方法。

如图12所示，所述方法包括：

S1.获取经过气体吸收池的参考光的数字信号。

S2.根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰。

S3.将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量。

S4.根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号。

S5.根据所述驱动信号驱动所述激光器。

在一种可行的实施方式中，所述根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号包括：根据所述吸收峰偏移量计算直流偏置量；

相应的，所述根据所述驱动信号驱动所述激光器包括：

获取外部驱动信号；

获取所述直流偏置量；

根据所述外部驱动信号和所述直流偏置量得到激光器驱动电流，并将所述激光器驱动电流输出至所述激光器。

在另一种可行的实施方式中，所述根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号包括：根据所述吸收峰偏移量计算温度设定值；

相应的，所述根据所述驱动信号驱动所述激光器包括：

获取所述温度设定值；

根据所述温度设定值和激光器的温度向所述激光器输出控温电流。

当然，这两种实施方式可以单独使用或叠加使用。

本发明实施例中每个激光器射出的波长都能够基于反馈控制装置被严格的控制，从而确保激光器构成的阵列射出的激光的波长保持高度一致。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如本发明的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(如计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，也可以在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或者步骤等。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种识别目标气体中干扰气体的方法，其特征在于，包括：

使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线；

根据所述吸收谱线得到多个吸收峰A_i；

根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰A_i对应的浓度系数K_i；

根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度；

判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气体。

2.一种识别目标气体中干扰气体的装置，其特征在于，包括：

激光器扫描模块，用于使用激光器扫描目标气体并获取所述目标气体对应的吸收谱线；

分析模块，用于根据所述吸收谱线识别目标气体中干扰气体。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分析模块包括：

吸收峰判定单元，用于根据所述吸收谱线得到多个吸收峰；

参数获取单元，用于根据所述目标气体的成分获取每个吸收峰A_i对应的浓度系数K_i；

浓度计算单元，用于根据每个吸收峰A_i和其对应的浓度系数K_i计算每个吸收峰对应的气体浓度；

判断单元，用于判断各个吸收峰对应的气体浓度差是否均小于预设阈值，若是，则判定不存在干扰气体；若否，则判定存在干扰气体。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于：

所述激光器扫描模块对于目标气体进行多次扫描以得到多个吸收峰。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述激光器扫描模块包括多个激光器，每个激光器对应一个探测器，所述激光器发出的激光经过目标气体后被对应的探测器接收。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：

每个激光器的扫描波段各不相同，并且互不重叠。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述激光器扫描模块包括多个激光器，所述多个激光器发出的激光经过目标气体后被同一个探测器接收。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：

通过分时交替开启单一激光器，使得探测器在不同的时间获取不同激光器发出的激光。

9.一种激光器控制装置，所述控制装置包括激光器，其特征在于，还包括：

分光部件，设置于所述激光器的出射光路，将所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；

气体吸收池，设置于所述参考光所在的光路上；

探测器，用于接收经过所述气体吸收池的参考光；

控制器，所述控制器与所述探测器连接；

驱动模块，用于根据所述控制器输出的驱动信号驱动所述激光器；

所述控制器包括：

数字采样模块，用于将接收到的电信号进行采样得到数字信号；

吸收峰分析模块，用于根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰；

偏移量计算模块，用于将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量；

驱动信号输出模块，用于根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号，并将所述驱动信号传输至所述驱动模块；

所述激光器控制装置还包括：

激光器扫描模块，用于使用激光器扫描气体吸收池并获取所述气体吸收池中的气体对应的吸收谱线；

分析模块，用于根据所述吸收谱线识别气体吸收池中干扰气体。

10.一种激光器控制方法，其特征在于，使用权利要求9中的激光器控制装置实施，包括：

判定气体吸收池中是否存在干扰气体；

若不存在，则获取经过气体吸收池的参考光的数字信号；根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰；将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量；根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号；根据所述驱动信号驱动所述激光器。