CN109612952A - 气体成分和浓度检测方法、系统及可读存储介质 - Google Patents
气体成分和浓度检测方法、系统及可读存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109612952A CN109612952A CN201811426322.7A CN201811426322A CN109612952A CN 109612952 A CN109612952 A CN 109612952A CN 201811426322 A CN201811426322 A CN 201811426322A CN 109612952 A CN109612952 A CN 109612952A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- radar installations
- gas
- concentration
- signal
- radar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种气体成分和浓度检测方法、系统以及一种可读存储介质。其中方法包括：向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度；其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。在本发明提供的气体成分和浓度检测方法无需对被检测气体进行采样，也无需使用稀有材料和化学物质进行检测，降低气体浓度检测的复杂度，同时实现了对被检测气体的实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及气体成分和浓度检测领域，具体而言，涉及一种气体成分和浓度检测方法、一种气体成分和浓度检测系统以及一种可读存储介质。
背景技术
目前，现有气体浓度的检测的方法是检测人员收集被检测的气体至固定容器中，将该容器在实验室或者固定场所下进行检测，具体地使用化学方法进行检测，如通过混合或者添加稀有材料或者化学物质，根据稀有材料或者化学物质的反应来确定被检测气体对的含量。
然而上述检测方式只能检测采样时刻的气体浓度，无法实现实时检测，并且检测流程复杂，无法实现浓度的实时获取。
因此，亟需一种气体成分和浓度检测方法，实现气体浓度的实时检测，同时减少了检测的流程，以实现检测数据的实时获取。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一个方面在于，提供了一种气体成分和浓度检测方法。
本发明的第二个方面在于，提供了一种气体成分和浓度检测系统。
本发明的第三个方面在于，提供了一种计算机可读存储介质。
有鉴于此，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种气体成分和浓度检测方法，包括：向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度；其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。
本发明所提供的气体成分和浓度检测方法，在向第一雷达装置发送第一控制信号后，使第一雷达装置按照第一控制信号对应的第一频率发射探测信号，其中，第一控制信号中包含第一频率；或者第一雷达装置具有控制信号和频率查找系统，第一雷达装置根据接收到的第一控制信号查找出对应的第一频率。由于电磁波在空气中传播过程中，不同气体分子对于不同波段的电磁波的差分吸收特性是不同的，因此接收第二雷达装置对探测信号的检测信号后，根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度。在本发明提供的气体成分和浓度检测方法无需对被检测气体进行采样，也无需使用稀有材料和化学物质进行检测，降低气体成分和浓度检测的复杂度，同时实现了对被检测气体的实时检测。
另外，本发明公开的实施例提供的上述技术方案中的气体成分和浓度检测方法，还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，进一步地，根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度的步骤，具体包括：应用差分光学吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度。
在该技术方案中，在获取到探测信号的强度值和检测信号的强度值后，应用差分吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度，具体地，在确定探测信号和检测信号的强度比值后，确定对应的自然对数，即确定光密度后，消除瑞利散射、米散射、探测器响应、各种气体的宽带吸收以及光源本身等所引起的影响后，利用最小二乘法对数据进行处理，确定待检测气体的成分及其对应的浓度。差分光学吸收光谱技术作为一种空气监测系统在欧盟范围内得到了广泛的认可，现有理论成熟。
在上述任一技术方案中，进一步地，还包括：将待检测气体的成分及其对应的浓度发送至数据处理中心。
在该技术方案中，通过将第一控制信号对应的气体名称和对应的浓度发送至数据处理中心，以便数据处理中心对该气体和其浓度进行实时监控，如将此次检测的浓度和历史数据进行比较，进而实现该气体成分的浓度的预警；或者直接将该气体成分的浓度进行存储，以实现该气体成分的浓度数据统计，以便作为历史数据进行比较。
在上述任一技术方案中，进一步地，在根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定第一控制信号对应气体的成分及其对应的浓度之后，还包括：根据预设的控制指令列表切换第一控制信号，以得到控制指令列表中控制指令所对应气体的成分及其对应的浓度。
在该技术方案中，由于每一个控制指令对应一种气体环境的检测过程，根据预设的控制指令切换列表切换第一控制信号，进而实现多种气体环境的检测。值得指出的是，在执行第一控制信号的切换过程中，向第一雷达装置发送的控制指令中包含的频率也会发生变化，以便根据不同的频率确定对应不同的气体环境。控制指令切换列表可以是实时更新的，不断更新的控制指令切换列表能够实现对现有列表中不存在的气体的识别和浓度检测。通过使用控制指令列表的方式减少了用户的参与，实现自动检测，便于对被监测环境的检测。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一雷达装置和第二雷达装置一一对应；或第一雷达装置和多个第二雷达装置对应。
在该技术方案中，第一雷达装置和第二雷达装置是一对一的方式进行工作，通过布列第一雷达装置和第二雷达装置的分布网实现区域多节点的检测；第一雷达装置和多个第二雷达装置对应工作，减少了雷达装置的设置，以降低成本，同时减少了指令开销。具体地，第一雷达可以和两个第二雷达组成三角形状的分布单元，亦可以组件成直线型分布单元，其中直线型分布单元中第二雷达装置设置在第一雷达装置的两侧；第一雷达装置可以和三个或者三个以上的第二雷达装置组成分布单元，其中分布单元可以是以第一雷达装置为中心，第二雷达装置等距离或者非等距离分布在第一雷达装置周围，多个第二雷达可以设置在同一圆心的圆上；多个第二雷达装置可以根据用户检测需要集中设置在同一区域，以实现高密度的检测。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一雷达装置具有可选相控天线和/或第一雷达装置具有可旋转底座；第二雷达装置具有可选相控天线和/或第二雷达装置具有可旋转底座。
在该技术方案中，第一雷达装置具有可选相控天线，可选相控天线可以根据第一控制信号选定不同的天线，以满足不同发射频率，第一雷达装置可以同时使用不同的天线进行工作，以实现多种气体浓度的检测。第一雷达装置具有可旋转底座，通过控制可旋转底座，以带动第一雷达装置转动，以实现第一雷达装置和第二雷达装置的准确对接，同时实现与多个雷达组件分布单元的切换，如第一雷达装置按照第一频率向第一个第二雷达装置发送探测信号，通过可旋转底座进行旋转，使用相同的天线向第二个第二雷达装置发送探测信号，以实现一个第一雷达装置对应多个第二雷达装置，完成待检测气体浓度的检测。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一雷达装置和第二雷达装置为激光雷达。
在该技术方案中，第一雷达装置和第二雷达装置为激光雷达。激光雷达具有方向单一的特点，有利于检测信号的获取，具有较强的抗干扰能力。
在上述任一技术方案中，进一步地，探测信号为毫米波。
在该技术方案中，微波毫米波作为雷达发射频率，极大的减少了对人体的伤害。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种气体成分和浓度检测系统，其中，系统包括：第一雷达装置和第二雷达装置；控制器，控制器与第一雷达装置和第二雷达装置相通信以：向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度；其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。
本发明所提供的气体成分和浓度检测系统具体包括：第一雷达装置、第二雷达装置和控制器，其中，控制器在向第一雷达装置发送第一控制信号后，使第一雷达装置按照第一控制信号对应的第一频率发射探测信号，其中，第一控制信号中包含第一频率；或者第一雷达装置具有控制信号和频率查找系统，第一雷达装置根据接收到的第一控制信号查找出对应的第一频率。由于电磁波在空气中传播过程中，不同气体分子对于不同波段的电磁波的差分吸收特性是不同的，因此接收第二雷达装置对探测信号的检测信号后，根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度。在本发明提供的气体成分和浓度检测方法无需对被检测气体进行采样，也无需使用稀有材料和化学物质进行检测，降低气体成分和浓度检测的复杂度，同时实现了对被检测气体的实时检测。
另外，本发明公开的实施例提供的上述技术方案中的气体成分和浓度检测系统，还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，进一步地，控制器具体用于：应用差分光学吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度。
在该技术方案中，在获取到探测信号的强度值和检测信号的强度值后，应用差分吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度，具体地，在确定探测信号和检测信号的强度比值后，确定对应的自然对数，即确定光密度后，消除瑞利散射、米散射、探测器响应、各种气体的宽带吸收以及光源本身等所引起的影响后，利用最小二乘法对数据进行处理，确定待检测气体的成分及其对应的浓度。差分光学吸收光谱技术作为一种空气监测系统在欧盟范围内得到了广泛的认可，现有理论成熟。
在上述任一技术方案中，进一步地，气体成分和浓度检测系统还包括：数据处理中心，用于获取待检测气体的成分及其对应的浓度。
在该技术方案中，通过将第一控制信号对应的气体名称和对应的浓度发送至数据处理中心，以便数据处理中心对该气体和其浓度进行实时监控，如将此次检测的浓度和历史数据进行比较，进而实现该气体成分的浓度的预警；或者直接将该气体成分的浓度进行存储，以实现该气体成分的浓度数据统计，以便作为历史数据进行比较。
在上述任一技术方案中，进一步地，控制器还用于：根据预设的控制指令列表切换第一控制信号，以得到控制指令列表中控制指令所对应气体的成分及其对应的浓度。
在该技术方案中，由于每一个控制指令对应一种气体环境的检测过程，根据预设的控制指令切换列表切换第一控制信号，进而实现多种气体环境的检测。值得指出的是，在执行第一控制信号的切换过程中，向第一雷达装置发送的控制指令中包含的频率也会发生变化，以便根据不同的频率确定对应不同的气体环境。控制指令切换列表可以是实时更新的，不断更新的控制指令切换列表能够实现对现有列表中不存在的气体的识别和浓度检测。通过使用控制指令列表的方式减少了用户的参与，实现自动检测，便于对被监测环境的检测。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一雷达装置和第二雷达装置一一对应；或第一雷达装置和多个第二雷达装置对应。
在该技术方案中，第一雷达装置和第二雷达装置是一对一的方式进行工作，通过布列第一雷达装置和第二雷达装置的分布网实现区域多节点的检测；第一雷达装置和多个第二雷达装置对应工作，减少了雷达装置的设置，以降低成本，同时减少了指令开销。具体地，第一雷达可以和两个第二雷达组成三角形状的分布单元，亦可以组件成直线型分布单元，其中直线型分布单元中第二雷达装置设置在第一雷达装置的两侧；第一雷达装置可以和三个或者三个以上的第二雷达装置组成分布单元，其中分布单元可以是以第一雷达装置为中心，第二雷达装置等距离或者非等距离分布在第一雷达装置周围，多个第二雷达可以设置在同一圆心的圆上；多个第二雷达装置可以根据用户检测需要集中设置在同一区域，以实现高密度的检测。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一雷达装置具有可选相控天线和/或第一雷达装置具有可旋转底座；第二雷达装置具有可选相控天线和/或第二雷达装置具有可旋转底座。
在该技术方案中，第一雷达装置具有可选相控天线，可选相控天线可以根据第一控制信号选定不同的天线，以满足不同发射频率，第一雷达装置可以同时使用不同的天线进行工作，以实现多种气体浓度的检测。第一雷达装置具有可旋转底座，通过控制可旋转底座，以带动第一雷达装置转动，以实现第一雷达装置和第二雷达装置的准确对接，同时实现与多个雷达组件分布单元的切换，如第一雷达装置按照第一频率向第一个第二雷达装置发送探测信号，通过可旋转底座进行旋转，使用相同的天线向第二个第二雷达装置发送探测信号，以实现一个第一雷达装置对应多个第二雷达装置，完成待检测气体浓度的检测。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一雷达装置和/或第二雷达装置为激光雷达。
在该技术方案中，第一雷达装置和第二雷达装置为激光雷达。激光雷达具有方向单一的特点，有利于检测信号的获取，具有较强的抗干扰能力。
在上述任一技术方案中，进一步地，探测信号为毫米波。
在该技术方案中，微波毫米波作为雷达发射频率，极大的减少了对人体的伤害。
根据本发明的第三个方面，提出了一种可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述任一项的气体成分和浓度检测方法的步骤。
本发明提供的可读存储介质，程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的气体成分和浓度检测方法的步骤，因此该可读存储介质包括上述任一技术方案的气体成分和浓度检测方法的全部有益效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本发明的一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图；
图2示出了本发明的另一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图；
图3示出了本发明的再一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图；
图4示出了本发明的又一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图；
图5示出了本发明的一个实施例中第一雷达装置和第二雷达装置的交互示意图；
图6示出了本发明的一个实施例中第一雷达装置和多个第二雷达装置的交互示意图；
图7所示了不同气体分子在紫外可见波段的特征吸收截面示意图；
图8示出光谱分析示意图；
图9示出了本发明的一个实施例的气体成分和浓度检测系统的示意框图。
其中，图5和图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1第一雷达装置，2第二雷达装置。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述方面、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明第一方面的实施例，提出一种气体成分和浓度检测方法，图1示出了本发明的一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图。其中，该方法包括：
S102，向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；
S104，接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；
S106，根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度。
其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。
本发明所提供的气体成分和浓度检测方法，在向第一雷达装置发送第一控制信号后，使第一雷达装置按照第一控制信号对应的第一频率发射探测信号，其中，第一控制信号中包含第一频率；或者第一雷达装置具有控制信号和频率查找系统，第一雷达装置根据接收到的第一控制信号查找出对应的第一频率。由于电磁波在空气中传播过程中，不同气体分子对于不同波段的电磁波的差分吸收特性是不同的，因此接收第二雷达装置对探测信号的检测信号后，根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度。在本发明提供的气体成分和浓度检测方法无需对被检测气体进行采样，也无需使用稀有材料和化学物质进行检测，降低气体成分和浓度检测的复杂度，同时实现了对被检测气体的实时检测。
图2示出了本发明的另一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图。其中，该方法包括：
S202，向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；
S204，接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；
S206，应用差分光学吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度。
其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。
在该实施例中，在获取到探测信号的强度值和检测信号的强度值后，应用差分吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度，具体地，在确定探测信号和检测信号的强度比值后，确定对应的自然对数，即确定光密度后，消除瑞利散射、米散射、探测器响应、各种气体的宽带吸收以及光源本身等所引起的影响后，利用最小二乘法对数据进行处理，确定待检测气体的成分及其对应的浓度。差分光学吸收光谱技术作为一种空气监测系统在欧盟范围内得到了广泛的认可，现有理论成熟。
图3示出了本发明的再一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图。其中，该方法包括：
S302，向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；
S304，接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；
S306，应用差分光学吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度；
S308，将待检测气体的成分及其对应的浓度发送至数据处理中心。
其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。
在该实施例中，通过将第一控制信号对应的气体名称和对应的浓度发送至数据处理中心，以便数据处理中心对该气体和其浓度进行实时监控，如将此次检测的浓度和历史数据进行比较，进而实现该气体成分的浓度的预警；或者直接将该气体成分的浓度进行存储，以实现该气体成分的浓度数据统计，以便作为历史数据进行比较。
图4示出了本发明的又一个实施例的气体成分和浓度检测方法的流程示意图。其中，该方法包括：
S402，向第一雷达装置发送第一控制信号，以使第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；
S404，接收第二雷达装置对探测信号的检测信号；
S406，应用差分光学吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的浓度；
S408，根据预设的控制指令列表切换第一控制信号，以得到控制指令列表中控制指令所对应气体的成分及其对应的浓度；
S410，将待检测气体的成分及其对应的浓度发送至数据处理中心。
在该实施例中，由于每一个控制指令对应一种气体环境的检测过程，根据预设的控制指令切换列表切换第一控制信号，进而实现多种气体环境的检测。值得指出的是，在执行第一控制信号的切换过程中，向第一雷达装置发送的控制指令中包含的频率也会发生变化，以便根据不同的频率确定对应不同的气体环境。控制指令切换列表可以是实时更新的，不断更新的控制指令切换列表能够实现对现有列表中不存在的气体的识别和浓度检测。通过使用控制指令列表的方式减少了用户的参与，实现自动检测，便于对被监测环境的检测。
图5示出了本发明的一个实施例中第一雷达装置和第二雷达装置的交互示意图。
图6示出了本发明的一个实施例中第一雷达装置和多个第二雷达装置的交互示意图。
在上述任一实施例中，第一雷达装置1和第二雷达装置2一一对应；或第一雷达装置和多个第二雷达装置对应。
在该实施例中，第一雷达装置1和第二雷达装置2是一对一的方式进行工作，通过布列第一雷达装置1和第二雷达装置2的分布网实现区域多节点的检测；第一雷达装置1和多个第二雷达装置2对应工作，减少了雷达装置的设置，以降低成本，同时减少了指令开销。具体地，第一雷达装置1可以和两个第二雷达装置2组成三角形状的分布单元，亦可以组件成直线型分布单元，其中直线型分布单元中第二雷达装置2设置在第一雷达装置1的两侧；第一雷达装置1可以和三个或者三个以上的第二雷达装置2组成分布单元，其中分布单元可以是以第一雷达装置1为中心，第二雷达装置2等距离或者非等距离分布在第一雷达装置1周围，多个第二雷达装置2可以设置在同一圆心的圆上；多个第二雷达装置2可以根据用户检测需要集中设置在同一区域，以实现高密度的检测。
在上述任一实施例中，第一雷达装置具有可选相控天线和/或第一雷达装置具有可旋转底座；第二雷达装置具有可选相控天线和/或第二雷达装置具有可旋转底座。
在该实施例中，第一雷达装置具有可选相控天线，可选相控天线可以根据第一控制信号选定不同的天线，以满足不同发射频率，第一雷达装置可以同时使用不同的天线进行工作，以实现多种气体浓度的检测。第一雷达装置具有可旋转底座，通过控制可旋转底座，以带动第一雷达装置转动，以实现第一雷达装置和第二雷达装置的准确对接，同时实现与多个雷达组件分布单元的切换，如第一雷达装置按照第一频率向第一个第二雷达装置发送探测信号，通过可旋转底座进行旋转，使用相同的天线向第二个第二雷达装置发送探测信号，以实现一个第一雷达装置对应多个第二雷达装置，完成待检测气体浓度的检测。
在上述任一实施例中，第一雷达装置和第二雷达装置为激光雷达。
在该实施例中，第一雷达装置和第二雷达装置为激光雷达。激光雷达具有方向单一的特点，有利于检测信号的获取，具有较强的抗干扰能力。
其中，第一雷达装置和第二雷达装置设置在含有待测气体的环境中。
在上述任一实施例中，探测信号为毫米波。在该技术方案中，微波毫米波作为雷达发射频率，极大的减少了对人体的伤害。
在上述任一实施例中，第一雷达装置还可以是作为第二雷达装置来接收其他第一雷达装置发送的探测信号，第二雷达装置还可以是作为第一雷达装置来发送探测信号。
在本发明的一个实施例中，使用差分光学吸收光谱技术检测气体成分的是利用光线在大气中传输时，大气中各种气体分子在不同的波段对其有不同的差分吸收的特性来反演这些微量气体在大气中的浓度。
具体地，差分光学吸收光谱技术原理为：
光源发出强度为I0的光，经过一定距离的传输后，由于各种大气气体分子对其不同的差分吸收，使光谱的强度和结构都会发生相应的改变，我们设其强度变为I，I和I0之间的关系可由Lambert-Beer定律得出：
其中，λ表示波长，σi(λ)是i种气体的分子窄波带吸收截面，σi'(λ)是i中气体的分子宽波带吸收截面，其中σi(λ)和σi'(λ)的单位为平方厘米；Ni是i种气体的浓度，L是光程，n是被检测气体的种类数，一般设置为2至10中任意一个，εR(λ)和εM(λ)分别是锐利散射系数和米散射系数，B(λ)是各噪声之和。
对公式1两侧取对数，得到：
实际测量中，公式2改写为：
其中OD是光源光谱I0(λ)和测量光谱I(λ)之比的自然对数，我们称之为光密度，P(λ)是包括瑞利散射、米散射、探测器响应、各种气体的宽带吸收以及光源本身等所引起的一种宽带光谱结构。在测量得到OD后，除去其中的P(λ)，只要有足够的数据点，利用最小二乘法进行数据处理，即可直接得到气体浓度Ni的数值。
值得指出的是，Ni的单位是分子数/每立方厘米，通过换算公式即可换算得到国际浓度单位，即mg/m3或者体积混合率(ppm或ppb)，具体换算公式如下：
其中，式4中c是单位为mg/m3的气体浓度，M是所测气体的摩尔分子量，P是测量时的实际气压，P0是标准状况下的气压，T是测量时的实际温度，单位是K，T0是标准状况下的温度，即T0＝273.16K。
mg/m3和ppm之间的换算关系为：
ppm＝M/22.4mg/m3； (5)
其中，ppm为气体积浓度单位，M是所测气体的摩尔分子量。
图7示出了不同气体分子在紫外可见波段的特征吸收截面示意图。
图8示出光谱分析示意图。
表1示出了在选取中心波长下不同气体和进行测量使用的参考波长。
表1
根据上述原理及结构，我们可得到紫外到可见波段、分辩率为0.13nm的谱图，如图8中(A)所示为一段实测谱线，其中横座标为波长，纵座标为光谱能量值，在图8中(A)中包括了各种影响因素，如：气体分子的吸收、灰尘及太阳光的影响，空气中的其它气体成份和光源强度随时间的慢变化对测量结果和测量精度影响等。首先将所测得的原始谱线图8中(A)，与氙灯原始谱线图8中(B)相减，得到仅包括各种真正的外界影响因素的图8中(C)。其含有两种“不同变化”频率成份，即R曲线(快速变化)及S曲线(慢速变化)。根据分子光谱的基本特性，S曲线必是由其它因素产生(如灰尘或其它颗粒物)，据此，我们可以利用数学方法将S曲线清除，得仅包括各种气体分子吸收的谱线图8中(D)。最后对图8中(D)谱线，我们用已知的单个分子谱组图8中(E)、图8中(F)，对其进行叠加拟合得到图8中(G)。根据下列表达式用最小二乘法拟合反演污染物种类和浓度。最终我们得到被测气体种类为Xn，其浓度参数为Kn。
K1X1+K2X2＝X+ΔX＝Z
K1X1+K2X2+...KnXn＝X+ΔX＝Z。
本发明指出的第一雷达装置和第二雷达装置具有广义和狭义两种理解，广义理解认为采用人工智能技术的雷达即是智能雷达，人工智能技术的应用对象可以是雷达的部分分系统或单个雷达系统，也可以是多个雷达组成的雷达组网系统。狭义理解认为智能雷达是“具有信息获取、知识学习、自主推理和决策能力的雷达”，可以根据外部目标、环境以及任务需求自主改变发射信号形式、工作模式、处理方式和资源分配，以获得更好的目标探测、跟踪及识别性能。相对于广义智能雷达来说，狭义智能雷达是智能化程度更高的智能雷达。
而传统雷达检测技术实质上是一种高频电磁波发射与接收技术。雷达波由自身激振产生，直接向路面路基发射射频电磁波，通过波的反射与接收获得路面路基的采样信号，再经过硬件、软件及图文显示系统得到检测结果。雷达所用的采样频率一般为数兆赫(MHz)，而发射与接收的射频频率有的要达到吉赫(GHz)以上。
从智能化覆盖广度考虑，可以认为雷达部分分系统的智能化是智能雷达的初级形式，单个雷达系统的智能化是智能雷达的中级形式，多个雷达组网系统的智能化是智能雷达的高级形式。从智能化应用深度考虑，可以认为基于数学规则的智能雷达是初级智能雷达，基于经验知识的智能雷达是中级智能雷达，基于数据驱动的智能雷达是高级智能雷达。
本发明的技术方案可以作为空气质量连续监测系统，空气质量连续监测系统设备选用网信科技推出一款用于室外空气污染物高精度高密度高分辨率实时监测的智能网格化空气质量检测系统。仪器选用电化学、光学等多种高精度传感器。系统主要监测空气中SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10、温度、湿度、风速、风向等因子。设备采用基于无线通讯技术，大量的传感节点可实现与服务器之间保密安全通讯，将环境大数据汇集到“云平台”。另外，根据现场进行校准，具有良好的可追溯性，推动空气质量持续改善。结合信息化大数据的应用平台，实现实时采集传输、实时监控空气环境质量、实现在线数据查询、时空动态趋势分析、污染减排评估、污染来源追踪、自动预警预报、环保信息综合分析等功能，为空气污染防治工作提供信息资源和及时有效的决策支持。
通过科学分析，在不同区域、不同类型的污染源区域设置相应的污染物在线监测仪器。既可以从宏观角度全面掌握全市空气污染状况，又可以从微观角度精确了解污染物分布来源及特征，对污染成因进行精确溯源。在此基础上，为污染物减排提供有效的数据支撑，制定科学的减排方案，最大程度的减少对经济生活的影响。
最终目标就是通过“全面监测，精准溯源，科学减排”，达到提高空气质量的目的。
本发明第二方面的实施例，提出一种气体成分和浓度检测系统，图9示出了本发明的一个实施例的气体成分和浓度检测系统900的示意框图。其中系统包括：
第一雷达装置902和第二雷达装置904；控制器906，控制器906与第一雷达装置902和第二雷达装置904相通信以：向第一雷达装置902发送第一控制信号，以使第一雷达装置902按照第一频率发射探测信号；接收第二雷达装置904对探测信号的检测信号；根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度；其中，第一雷达装置902和第二雷达装置904设置在含有待测气体的环境中。
本发明所提供的气体成分和浓度检测系统具体包括：第一雷达装置902、第二雷达装置904和控制器906，其中，控制器906在向第一雷达装置902发送第一控制信号后，使第一雷达装置902按照第一控制信号对应的第一频率发射探测信号，其中，第一控制信号中包含第一频率；或者第一雷达装置902具有控制信号和频率查找系统，第一雷达装置902根据接收到的第一控制信号查找出对应的第一频率。由于电磁波在空气中传播过程中，不同气体分子对于不同波段的电磁波的差分吸收特性是不同的，因此接收第二雷达装置904对探测信号的检测信号后，根据探测信号的强度值和检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度。在本发明提供的气体成分和浓度检测方法无需对被检测气体进行采样，也无需使用稀有材料和化学物质进行检测，降低气体成分和浓度检测的复杂度，同时实现了对被检测气体的实时检测。
在本发明的一个实施例中，控制器906具体用于：应用差分光学吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度。
在该实施例中，在获取到探测信号的强度值和检测信号的强度值后，应用差分吸收光谱技术对探测信号的强度值和检测信号的强度值进行处理，得到待检测气体的成分及其对应的浓度，具体地，在确定探测信号和检测信号的强度比值后，确定对应的自然对数，即确定光密度后，消除瑞利散射、米散射、探测器响应、各种气体的宽带吸收以及光源本身等所引起的影响后，利用最小二乘法对数据进行处理，确定待检测气体的成分及其对应的浓度。差分光学吸收光谱技术作为一种空气监测系统在欧盟范围内得到了广泛的认可，现有理论成熟。
在本发明的一个实施例中，气体成分和浓度检测系统还包括：数据处理中心908，用于获取待检测气体的成分及其对应的浓度。
在该实施例中，通过将第一控制信号对应的气体名称和对应的浓度发送至数据处理中心908，以便数据处理中心908对该气体和其浓度进行实时监控，如将此次检测的浓度和历史数据进行比较，进而实现该气体成分的浓度的预警；或者直接将该气体成分的浓度进行存储，以实现该气体成分的浓度数据统计，以便作为历史数据进行比较。
在本发明的一个实施例中，控制器906还用于：根据预设的控制指令列表切换第一控制信号，以得到控制指令列表中控制指令所对应气体的成分及其对应的浓度。
在该实施例中，由于每一个控制指令对应一种气体环境的检测过程，根据预设的控制指令切换列表切换第一控制信号，进而实现多种气体环境的检测。值得指出的是，在执行第一控制信号的切换过程中，向第一雷达装置902发送的控制指令中包含的频率也会发生变化，以便根据不同的频率确定对应不同的气体环境。控制指令切换列表可以是实时更新的，不断更新的控制指令切换列表能够实现对现有列表中不存在的气体的识别和浓度检测。通过使用控制指令列表的方式减少了用户的参与，实现自动检测，便于对被监测环境的检测。
在本发明的一个实施例中，第一雷达装置902和第二雷达装置904一一对应；或第一雷达装置902和多个第二雷达装置904对应。
在该实施例中，第一雷达装置902和第二雷达装置904是一对一的方式进行工作，通过布列第一雷达装置902和第二雷达装置904的分布网实现区域多节点的检测；第一雷达装置902和多个第二雷达装置904对应工作，减少了雷达装置的设置，以降低成本，同时减少了指令开销。具体地，第一雷达装置902可以和两个第二雷达装置904组成三角形状的分布单元，亦可以组件成直线型分布单元，其中直线型分布单元中第二雷达装置904设置在第一雷达装置902的两侧；第一雷达装置902可以和三个或者三个以上的第二雷达装置904组成分布单元，其中分布单元可以是以第一雷达装置902为中心，第二雷达装置904等距离或者非等距离分布在第一雷达装置902周围，多个第二雷达可以设置在同一圆心的圆上；多个第二雷达装置904可以根据用户检测需要集中设置在同一区域，以实现高密度的检测。
在本发明的一个实施例中，第一雷达装置902具有可选相控天线和/或第一雷达装置902具有可旋转底座；第二雷达装置904具有可选相控天线和/或第二雷达装置904具有可旋转底座。
在该实施例中，第一雷达装置902具有可选相控天线，可选相控天线可以根据第一控制信号选定不同的天线，以满足不同发射频率，第一雷达装置902可以同时使用不同的天线进行工作，以实现多种气体浓度的检测。第一雷达装置902具有可旋转底座，通过控制可旋转底座，以带动第一雷达装置902转动，以实现第一雷达装置902和第二雷达装置904的准确对接，同时实现与多个雷达组件分布单元的切换，如第一雷达装置902按照第一频率向第一个第二雷达装置904发送探测信号，通过可旋转底座进行旋转，使用相同的天线向第二个第二雷达装置904发送探测信号，以实现一个第一雷达装置902对应多个第二雷达装置904，完成待检测气体浓度的检测。
在本发明的一个实施例中，第一雷达装置902和/或第二雷达装置904为激光雷达。
在该实施例中，第一雷达装置902和第二雷达装置904为激光雷达。激光雷达具有方向单一的特点，有利于检测信号的获取，具有较强的抗干扰能力。
在本发明的一个实施例中，探测信号为毫米波。
在该实施例中，微波毫米波作为雷达发射频率，极大的减少了对人体的伤害。
本发明第三方面的实施例，提出了一种可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述任一项的气体成分和浓度检测方法的步骤。
本发明提供的可读存储介质，程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的气体成分和浓度检测方法的步骤，因此该可读存储介质包括上述任一实施例的气体成分和浓度检测方法的全部有益效果。
在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上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 (13)
1.一种气体成分和浓度检测方法，其特征在于，包括：
向第一雷达装置发送第一控制信号，以使所述第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；
接收第二雷达装置对所述探测信号的检测信号；
根据所述探测信号的强度值和所述检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度；
其中，所述第一雷达装置和所述第二雷达装置设置在含有所述待测气体的环境中。
2.根据权利要求1所述的气体成分和浓度检测方法，其特征在于，
所述根据所述探测信号的强度值和所述检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度的步骤，具体包括：
应用差分光学吸收光谱技术对所述探测信号的强度值和所述检测信号的强度值进行处理，得到所述待检测气体的成分及其对应的浓度。
3.根据权利要求1所述的气体成分和浓度检测方法，其特征在于，还包括：
将所述待检测气体的成分及其对应的浓度发送至数据处理中心。
4.根据权利要求1所述的气体成分和浓度检测方法，其特征在于，
在所述根据所述探测信号的强度值和所述检测信号的强度值确定所述第一控制信号对应气体的成分及其对应的浓度之后，还包括：
根据预设的控制指令列表切换所述第一控制信号，以得到所述控制指令列表中控制指令所对应气体的成分及其对应的浓度。
5.一种气体成分和浓度检测系统，其特征在于，包括：
第一雷达装置和第二雷达装置；
控制器，所述控制器与所述第一雷达装置和所述第二雷达装置相通信以：
向所述第一雷达装置发送第一控制信号，以使所述第一雷达装置按照第一频率发射探测信号；
接收所述第二雷达装置对所述探测信号的检测信号；
根据所述探测信号的强度值和所述检测信号的强度值确定待检测气体的成分及其对应的浓度；
其中，所述第一雷达装置和所述第二雷达装置设置在含有所述待测气体的环境中。
6.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，
所述控制器具体用于：应用差分光学吸收光谱技术对所述探测信号的强度值和所述检测信号的强度值进行处理，得到所述待检测气体的成分及其对应的浓度。
7.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，所述气体成分和浓度检测系统还包括：数据处理中心，用于获取所述待检测气体的成分及其对应的浓度。
8.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，所述控制器还用于：根据预设的控制指令列表切换所述第一控制信号，以得到所述控制指令列表中控制指令所对应气体的成分及其对应的浓度。
9.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，所述第一雷达装置和所述第二雷达装置一一对应；或
所述第一雷达装置和多个所述第二雷达装置对应。
10.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，所述第一雷达装置具有可选相控天线和/或所述第一雷达装置具有可旋转底座；
所述第二雷达装置具有可选相控天线和/或所述第二雷达装置具有可旋转底座。
11.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，所述第一雷达装置和/或所述第二雷达装置为激光雷达。
12.根据权利要求5所述的气体成分和浓度检测系统，其特征在于，所述探测信号为毫米波。
13.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811426322.7A CN109612952A (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 气体成分和浓度检测方法、系统及可读存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811426322.7A CN109612952A (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 气体成分和浓度检测方法、系统及可读存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109612952A true CN109612952A (zh) | 2019-04-12 |
Family
ID=66004833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811426322.7A Pending CN109612952A (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 气体成分和浓度检测方法、系统及可读存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109612952A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108872149A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-11-23 | 天测（天津）遥感科技有限公司 | 一种基于云平台数据处理的网络化大气颗粒物层析系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249649A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-14 | Chizai Senryaku Kenkyusho:Kk | ガス環境広域探査システム及びガス環境広域探査方法 |
| WO2012105973A1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-08-09 | Michigan Aerospace Corporation | Atmospheric measurement system and method |
| CN102854146A (zh) * | 2012-10-08 | 2013-01-02 | 中国矿业大学 | 红外环境气体遥感方法及装置 |
| CN203720068U (zh) * | 2014-01-23 | 2014-07-16 | 山西国惠光电科技有限公司 | 开放式痕量气体监测系统 |
| CN105738289A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-07-06 | 南京先进激光技术研究院 | 远程气体检测方法及远程气体检测装置 |
| CN107703516A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-16 | 天津大学 | 一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法 |
| US20180136120A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-17 | Infineon Technologies Ag | Radar spectroscopy based gas sensor |
| CN108240557A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 天然气传输管道泄漏检测系统 |
-
2018
- 2018-11-27 CN CN201811426322.7A patent/CN109612952A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249649A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-14 | Chizai Senryaku Kenkyusho:Kk | ガス環境広域探査システム及びガス環境広域探査方法 |
| WO2012105973A1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-08-09 | Michigan Aerospace Corporation | Atmospheric measurement system and method |
| CN102854146A (zh) * | 2012-10-08 | 2013-01-02 | 中国矿业大学 | 红外环境气体遥感方法及装置 |
| CN203720068U (zh) * | 2014-01-23 | 2014-07-16 | 山西国惠光电科技有限公司 | 开放式痕量气体监测系统 |
| CN105738289A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-07-06 | 南京先进激光技术研究院 | 远程气体检测方法及远程气体检测装置 |
| US20180136120A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-17 | Infineon Technologies Ag | Radar spectroscopy based gas sensor |
| CN108240557A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 天然气传输管道泄漏检测系统 |
| CN107703516A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-16 | 天津大学 | 一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108872149A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-11-23 | 天测（天津）遥感科技有限公司 | 一种基于云平台数据处理的网络化大气颗粒物层析系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rauber et al. | Radar meteorology: A first course | |
| CN110673229A (zh) | 一种基于热点网格技术的大气污染物扩散轨迹追踪方法 | |
| CN103994979B (zh) | 大气分析装置 | |
| Ferrero et al. | Satellite AOD conversion into ground PM10, PM2. 5 and PM1 over the Po valley (Milan, Italy) exploiting information on aerosol vertical profiles, chemistry, hygroscopicity and meteorology | |
| CN103399022B (zh) | 一种烟包在线微波水分检测方法及系统 | |
| CN109444062A (zh) | 一种无人机载高排典型污染物差分吸收光谱检测方法 | |
| CN107860743A (zh) | 利用反射式近红外光纤探头构建快速预测原油性质的模型的方法及其应用 | |
| Delre et al. | Emission quantification using the tracer gas dispersion method: The influence of instrument, tracer gas species and source simulation | |
| CN109612952A (zh) | 气体成分和浓度检测方法、系统及可读存储介质 | |
| CN105928840A (zh) | 一种利用单点吸附法测定大气颗粒物比表面积的方法 | |
| CN108107017B (zh) | 基于太赫兹探测高危化学品分布的方法 | |
| US5468964A (en) | Millimeter wave sensor for monitoring effluents | |
| Sun et al. | The performance of Aeolus in heterogeneous atmospheric conditions using high-resolution radiosonde data | |
| CN108121777B (zh) | 基于太赫兹的多个高危化学品泄露源探测的方法 | |
| CN109459395B (zh) | 一种无人机载高排典型污染物差分吸收光谱检测设备 | |
| Augustin et al. | Investigation of local meteorological events and their relationship with ozone and aerosols during an ESCOMPTE photochemical episode | |
| Gutierrez et al. | Leakage detection using low-cost, wireless sensor networks | |
| CN207742107U (zh) | 大气高危化学品探测的太赫兹自反馈系统 | |
| Hov et al. | Atmospheric concentrations of nonmethane hydrocarbons at a North European coastal site | |
| Joly et al. | The evolution of AMULSE (Atmospheric Measurements by Ultra-Light Spectrometer) and its interest in atmospheric applications. Results of the Atmospheric Profiles of Greenhouse gasEs (APOGEE) weather balloon release campaign for satellite retrieval validation | |
| Guillot et al. | First European Community campaign for remote sensing of atmospheric pollution, Lacq (France), 7–11 July 1975 | |
| Etinger et al. | Dielectric characterization of fog in the terahertz regime | |
| Lawrence et al. | A comparison of Doppler lidar, rawinsonde, and 915-MHz UHF wind profiler measurements of tropospheric winds | |
| Bredow et al. | A multifrequency laboratory investigation of attenuation and scattering from volcanic ash clouds | |
| Martins et al. | An overview of results of processes impacting near-surface atmospheric pollutants (PINESAP) from the mid-Atlantic United States |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190412 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |