CN110160976A - 基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法和系统，该方法通过对激光干涉机理的深入研究，通过优化调制度的方法减小干涉背景二次谐波信号的幅值，从二次谐波干涉的来源侧探寻干涉包络的数学描述，进而实现谐波峰值的包络逆向补偿，使得二次谐波信号更加稳定，从而提高氧气浓度检测的精度，是提升玻璃药瓶浓度检测稳定性的有力技术手段。该技术能从根源上抑制光束干涉，大大提高了氧气浓度检测精度和系统的稳定度。

Description

基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法和系统

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，尤其是涉及一种基于二次谐波干涉包络补偿的玻璃瓶内残余气体浓度检测方法和系统。

背景技术

目前市场上的离线气体含量检测仪主要依靠化学比色法、气相色谱法、电化学法、磁氧分析法等传统方法，这些传统的分析检测系统需要复杂的预处理，且大多数都具有破坏性，波长调制技术不需采样预处理系统，能实现气体探测的非侵入式原位快速测量，具有非常好的适应性。

然而，在封装玻璃药瓶残氧量浓度检测过程中，激光器发射的激光将受到玻璃药瓶内外壁的多次反射、散射和折射的综合影响，造成传输光强间的相互干涉，加上不同药瓶个体之间的工艺差异以及激光光路并非严格穿过药瓶直径(最长瓶内光路)，最终导致透射光强发生畸变，影响二次谐波信号稳定检测和氧气浓度可靠反演。近年来论文和专利描述中，封装玻璃药瓶残氧量浓度检测方法，大都针对检测后端信号的统计规律，设计相应滤波算法来削弱二次谐波干涉包络的影响，但是此类方法缺乏对激光干涉机理的深入研究，即没有从激光干涉机理方面研究如何解决玻璃药瓶瓶壁产生的光束干涉给二次谐波带来的光学噪声。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二次谐波干涉包络补偿的残余气体浓度检测方法和系统，其此通过优化调制度的方法减小干涉背景二次谐波信号的幅值，从二次谐波干涉的来源侧探寻干涉包络的数学描述进而实现谐波峰值的包络逆向补偿，可以有效抑制干涉背景对二次谐波信号产生的影响，使得二次谐波信号更加稳定，从而提高气体浓度检测的精度，是提升玻璃瓶内气体浓度检测稳定性的有力技术手段，进而也解决了由于玻璃药瓶瓶壁产生的光束干涉给二次谐波带来的光学噪声，导致残氧量检测精度低的问题。

本发明提供的一种基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法，包括如下步骤：

S1：采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强，并根据透射光强转换为电流信号；

其中，玻璃瓶内充入了待检测的残余气体，激光从玻璃瓶一侧照射并穿透玻璃瓶；

S2：提取所述电流信号中的二次谐波信号；

S3：调节电流调制幅度，并根据随电流调制幅度变化的电流信号中的二次谐波信号确定最优电流调制幅度；

其中，最优电流调制幅度为二次谐波信号中吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值之比最大时对应的电流调制幅度；

S4：获取最优电流调制幅度下电流信号的二次谐波信号的波形，并根据波形消除电流信号的二次谐波信号中畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动；

其中，若二次谐波信号的波形存在畸变波形、快速正弦波动、缓慢正弦波动，则消除相应波动；

S5：根据步骤S4最后得到二次谐波信号计算出残余气体的浓度；

式中，N为残余气体的浓度，i_2fmax为步骤S4最后得到二次谐波信号的峰值，i₀(t)为激光的注入电流，L为激光穿透玻璃药瓶的光程，S₂为二次谐波项系数，t表示时间。

本发明该方法研究电流信号的二次谐波信号发现，调节干涉条纹的调制度m'，可以改变干涉背景条纹的二次谐波信号i_B2f(t)的幅值，且2阶第一类贝塞尔函数的幅值在m'取某些值时会为0，且该幅值的最大值会随着m'的增大而减小，而干涉条纹的调制度m'与电流调制幅度vm有关；同时吸收气体二次谐波信号的幅值与调制度m有关，随着m的增大，吸收气体二次谐波信号的幅值会先增大再减小，因此，通过改变调制度m可以调节吸收气体的二次谐波的幅值，且调制度m与电流调制幅度vm有关，综上可知，调节电流调制幅度vm会使得干涉背景条纹的二次谐波信号与吸收气体二次谐波信号的幅值均改变，当吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值之比SFR最大时，将使得吸收气体的二次谐波幅值调在最大值附近，同时减小干涉条纹幅值。因此，本发明一方面根据优化调制度的方法减小了干涉背景二次谐波信号的幅值，有效抑制干涉背景对二次谐波信号产生的影响；另一方面，本发明还消除了电流信号的二次谐波信号中畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动，而出现的畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动正是由于检测过程中不同光束干涉造成的不同干涉背景条纹，本发明消除这些波动实现干涉背景条纹的逆向补偿，使得二次谐波信号更加稳定，降低了光束干涉带来的光学噪声，从而提高气体浓度检测的精度。

进一步优选，步骤S4中若存在畸变波形，消除电流信号的二次谐波信号中畸变波动的过程为：使用楔形光电检测器；

所述楔形光电检测器用于采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强。

研究发现，产生畸变波动是由于玻璃瓶的瓶壁和光电检测器之间形成的干涉造成的，此时干涉背景条纹的宽度v_e约等于氧气分子吸收谱线线型的洛仑兹展宽Δv_c，使用楔形光电检测器时，穿透玻璃药瓶的激光可被楔形光电检测器接收，但是反射光束不会被反射到瓶壁，进而楔形光电检测器接收到的信号便不会受到多光束干涉的影响，从而消除了畸形波动。其中，楔形光电检测器的尺寸是根据玻璃瓶的尺寸而调整，主要是其满足反射光束不会被反射到玻璃瓶壁即可。

进一步优选，步骤S4中若存在快速正弦波动，消除电流信号的二次谐波信号中快速正弦波动过程为：增设低通滤波器；

所述低通滤波器用于使吸收信号的二次谐波信号通过，同时滤除干涉背景条纹的高频信号。

研究发现，产生快速正弦波动是由于激光器和光电检测器之间形成的干涉造成的，若设置低通滤波器可以使得吸收信号的二次谐波信号通过该滤波器，而干涉背景条纹高频信号被截止，达到滤除二次谐波信号中的高频成分的目的。具体通过设置低通滤波器的带宽和截止频率来达到该目的。

进一步优选，步骤S4中若存在缓慢正弦波动，通过分解干涉包络消除电流信号的二次谐波信号中缓慢正弦波动，过程如下：

A：获取电流信号的二次谐波信号的极大值和极小值，再使用三次样条曲线分别对极大值点、极小值点进行插值拟合得到上包络线、下包络线；

其中，初始的电流信号的二次谐波信号为最优调制幅度下电流信号的二次谐波信号；

B：计算上包络线、下包络线的平均值，再将电流信号的二次谐波信号减去所述平均值得到新的二次谐波信号；

C：判断新的二次谐波信号中是否还存在极大值和极小值，若有，返回步骤A；若没有极大值和极小值，则执行步骤D；

其中，没有极大值和极小值的新的二次谐波信号为第i次的二次谐波信号；

D：将初始的电流信号的二次谐波信号减去第i次的二次谐波信号得到一个残余信号；

E：判断残余信号是否为趋势项，所述趋势项为单调递增或单调递减，若不是趋势项，将残余信号作为新的二次谐波信号并返回步骤A；若是趋势项，前一个残余信号为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号；

其中，若第k个残余信号R_k为趋势项时，第k-1个残余信号R_k-1为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号。

研究发现，产生缓慢正弦波动是由于玻璃药瓶瓶壁内的多次反射形成的干涉背景条纹，此时通过上述方法校正二次谐波信号可以消除缓慢正弦波动。

进一步优选，步骤S2中提取的电流信号中的二次谐波信号是电流信号与高频信号的二倍频信号相乘得到的，如下所示：

式中，i_2f(t)为电流信号中的二次谐波信号，i(t)为电流信号，cos(2ωt)为高频信号的二倍频信号，ω为高频信号的频率，t为时间，i_B2f为干涉背景条纹的二次谐波信号；i_A2f为吸收气体的二次谐波信号。

进一步优选，透射光强与电流信号成线性关系，关系如下：

I(t)＝I₀·T·(1-αNL)

i(t)＝i₀·T·(1-αNL)

式中，I(t)为透射光强，I₀为激光入射光强，T为透射率，α为吸收系数，N为氧气浓度；

i(t)为电流信号，i₀为激光器的注入电流。

进一步优选，所述待检测的残余气体为残余氧气。

进一步优选，所述玻璃瓶为玻璃药瓶。

另一方面，本发明提供的一种基于上述方法的检测系统，包括信号处理模块、激光发射模块以及玻璃瓶；

其中，所述玻璃瓶内充入了待检测的残余气体，激光发射模块发射激光，激光从玻璃瓶一侧照射并穿透玻璃瓶；

所述信号处理模块至少包括光电检测器、信号解调模块和谐波分析模块，其中，光电检测器设于玻璃瓶一侧，用于采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强并转化为电流信号；信号解调模块与光电检测器连接，用于获取电流信号中的二次谐波信号，谐波分析模块与信号解调模块连接，用于根据二次谐波信号获取残余气体的浓度。

进一步优选，所述信号处理模块还包括与所述激光发射模块、信号解调模块均连接信号产生模块，所述信号产生模块用于输出驱动信号给激光发射模块以及用于输出高频信号二倍频信号给信号解调模块。

有益效果

1、基于研究发现的调节电流调制幅度vm会使得干涉背景条纹的二次谐波信号与吸收气体二次谐波信号的幅值均改变，本发明提供的所述方法选择当吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值之比SFR最大调节电流调制幅度vm作为最优调节电流幅度，使得吸收气体的二次谐波幅值调在最大值附近，同时减小干涉条纹幅值，有效抑制干涉背景对二次谐波信号产生的影响，提高浓度检测的精度，提升了浓度检测的稳定性。

2、本发明从光束干涉的产生机理上研究，找到干涉背景条纹的来源，进而对应消除畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动，实现了干涉背景条纹的逆向补偿，从本质上降低了光学干涉给二次谐波信号带来的光学噪声，尤其是解决了现有技术由于玻璃药瓶残氧浓度检测过程中产生的光束干涉给二次谐波带来的光学噪声，导致残氧量检测精度低的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的用于玻璃药瓶残氧浓度量检测过程中干涉包络补偿方法的流程图；

图2是干涉背景条纹的二次谐波信号幅值与干涉条纹调制度的关系图；

图3是吸收气体的二次谐波信号幅值与调制度的关系图；

图4是吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值之比SFR与vm的关系图；

图5是玻璃药瓶残氧浓度检测过程中干涉条纹对吸收气体的二次谐波的影响图；

图6是楔形光电检测器接收透射光图；

图7是畸变被校正后的二次谐波波形图；

图8是消除快速正弦波动之后的二次谐波波形图；

图9是消除缓慢正弦波动之后的二次谐波波形图；

图10是本发明的结构框图。

附图标记：

11、缓慢正弦波动的二次谐波；12、二次谐波的上包络线；13、二次谐波的下包络线；14、快速正弦波动的二次谐波；15、产生畸变的二次谐波；16、干涉条纹宽度和氧气分子吸收谱线线型的洛仑兹展宽相近的干涉背景条纹；21、畸变被校正后的二次谐波；31、消除快速正弦波动后的二次谐波；41、消除缓慢正弦波动后的二次谐波。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。本发明提供的一种基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法主要是应用于检测玻璃瓶内残余气体浓度，尤其是应用于玻璃药瓶内残余氧气浓度。其具体是待检测的残余气体位于玻璃瓶内，再利用激光照射玻璃瓶，同时采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强并转化为电流信号，以及从电流信号中提取出二次谐波信号，最后基于二次谐波信号反演计算出气体浓度，期间通过调节电流调制幅度以及装置来消除或降低干涉，提高最终结果的可靠度。

本发明实施例以玻璃药瓶内的残氧浓度检测为例进行说明，但是应当理解，本发明所述方法还可以适用于其他气体检测，本实施例中提供的一种基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法，包括如下步骤：

步骤S101，获取激光穿透玻璃药瓶后的透射光强，并转换成电流信号。

具体的，透射光强I(t)可以表示为：

I(t)＝I₀·T·exp(-αNL)

其中，I₀为激光入射光强，T为透射率，α为吸收系数，N为氧气浓度，L为激光穿透玻璃药瓶的光程，即玻璃药瓶身的直径。

其中，透射率为：F为标准具系数，L'为两平行光学界面的距离(其可能存在三种可能性，分别为：玻璃药瓶瓶壁和光电检测器之间的距离、激光器和光电检测器之间的距离、玻璃药瓶瓶身直径)，v为激光器发出的波数。

其中，标准具系数F为：r表示反射率，T可展开为一阶泰勒级数：

由于本发明是针对残留气体的浓度检测，因此，玻璃瓶内气体均是属于若吸收的情况，故存在αNL＜＜1，exp(-αNL)按一阶泰勒级数形式展开，可近似为1-αNL,则透射光强I(t)为：

I(t)＝I₀·T·(1-αNL)

由于电流i(t)和透射光强I(t)成线性关系，透射光强I(t)经过光电转换后，可得到电流信号如下：

i(t)＝i₀·T·(1-αNL)＝i₀T-i₀TαNL＝i_B+i_A

式中，i₀为激光器的注入电流。i_B为干涉背景条纹信号；i_A为吸收气体的信号。

从上述两个式子可知，当本发明采集到透射光强后，根据电流i(t)和光强I(t)成线性关系可以得到电流信号。

步骤S102，提取电流信号的二次谐波信号。即将电流信号与高频信号的二倍频信号cos(2ωt)相乘得到电流信号中的二次谐波信号，如下所示：

式中，i_2f(t)为电流信号中的二次谐波信号，i(t)为电流信号，cos(2ωt)为高频信号的二倍频信号，ω为高频信号的频率，t为时间，i_B2f为干涉背景条纹的二次谐波信号；i_A2f为吸收气体的二次谐波信号。从上述式子可知，电流信号的二次谐波信号是由干涉背景条纹的二次谐波信号i_B2f与吸收气体的二次谐波信号i_A2f构成，因此，将上述电流信号中的二次谐波信号i_2f(t)拆解如下：

从而得到：

式中，i₀(t)为激光器的注入电流，v_c为激光器发出的波数的扫描范围，J₂(2πm')为2阶第一类贝塞尔函数，m'为干涉条纹的调制度，m'＝2L'v_m，vm为电流调制幅度；S₂(x,m)为二次谐波项系数，其中，m为调制度，Δv_c为氧气分子吸收谱线线型的半最大值全宽，v₀为激光器发出的中心波数。

步骤S103，优化电流调制幅度，并根据随电流调制幅度变化的电流信号中的二次谐波信号确定最优电流调制幅度。

其中，从上述干涉背景条纹的二次谐波信号i_B2f(t)公式可知，干涉背景条纹的二次谐波信号i_B2f(t)的幅值与2阶第一类贝塞尔函数J₂(2πm')有关，如图2所示，通过调节干涉背景条纹的调制度m'，可以改变干涉背景条纹的二次谐波信号i_B2f(t)的幅值，且2阶第一类贝塞尔函数的幅值在m'取某些值时会为0，且该幅值的最大值会随着m'的增大而减小。而干涉背景条纹的调制度m'与电流调制幅度vm有关。

从上述吸收气体的二次谐波信号i_A2f(t)公式可知，吸收气体的二次谐波信号i_A2f(t)的幅值与调制度m有密切的关系，如图3所示，随着m的增大，该幅值会先增大再减小，当m＝2.2时，会取最大值，这时的调制度m称为最优调制度，因此，可以通过改变调制度m来调节吸收气体的二次谐波信号的幅值。且调制度m与电流调制幅度v_m有关。

因此，本发明为了降低干涉背景条纹的幅值，通过调节电流调制幅度v_m，实时观测电流信号的二次谐波信号，并实时获取吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值，进而计算出吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值之比SFR，如图4所示，当SFR达到最大时，视为达到最优的电流调制幅度，此时吸收气体的二次谐波幅值调在最大值附近，同时减小干涉条纹幅值。

步骤S104，获取最优电流调制幅度下电流信号的二次谐波信号的波形，并根据波形消除电流信号的二次谐波信号中畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动。

通过研究发现，不同光束干涉将造成不同的波动，主要分为三类：畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动。

其中，如图5所示，关于畸变波动(非正弦和正常波动，产生了畸变)：若电流信号的二次谐波信号15发生畸变波动，这时的畸变波形是由玻璃药瓶瓶壁和光电检测器之间形成的干涉造成的，此时的干涉背景条纹16的宽度v_e约等于氧气分子吸收谱线线型的洛仑兹展宽Δv_c，干涉背景条纹宽度可由自由光谱区表示，此时，L'为玻璃药瓶瓶壁和光电检测器之间的距离，Δv_c为定值。

基于上述光束干涉的机理，为了消除畸变波动，如图6所示，本发明使用楔形光电检测器，即利用楔形光电检测器采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强，进而穿透玻璃药瓶的激光可被楔形光电检测器接收，但是反射光束不会被反射到瓶壁，光电检测器接收到的信号便不会受到多光束干涉的影响，如图7所示，发生畸变波动的二次谐波信号15便可被校正为正常的二次谐波信号21。

其中，如图5所示，关于快速正弦波动：若电流信号的二次谐波信号14呈快速正弦波动，这时是由激光器和光电检测器之间形成的干涉造成的，此时干涉背景条纹宽度v_e小于氧气分子吸收谱线线型的洛仑兹展宽Δv_c一个数量级，L'为激光器和光电检测器之间的距离。

基于上述光束干涉的机理，为了消除快速正弦波动，增设数字低通滤波器，具体的对二次谐波信号i_2f(t)做傅里叶分析，选择合适的带宽与截止频率，设置数字低通滤波器，使得吸收信号的二次谐波信号通过该滤波器，而干涉背景条纹高频信号被截止，达到滤除二次谐波信号中的高频成分的目的，如图8所示，这样呈快速正弦波动的二次谐波14便可被修正为正常的二次谐波31。

其中，如图5所示，关于缓慢正弦波动：若电流信号的二次谐波信号14呈缓慢正弦波动，这是由于玻璃药瓶瓶壁内的多次反射，形成的干涉背景条纹。此时干涉背景条纹宽度v_e大于氧气分子吸收谱线线型的洛仑兹展宽Δv_c一个数量级，且这时的L'为玻璃药瓶身的直径。

为了消除电流信号的二次谐波信号中缓慢正弦波动采用分解干涉包络的方式，具体过程如下：

A：获取电流信号的二次谐波信号的极大值和极小值，再使用三次样条曲线分别对极大值点、极小值点进行插值拟合得到上包络线、下包络线，如图5所示，得到上包络线12和下包络线13，此时待分解信号应在两包络曲线12、13之间；

其中，初始的电流信号的二次谐波信号为最优调制幅度下电流信号的二次谐波信号i_2f(t)；

B：计算上包络线、下包络线的平均值ave(t)，再将电流信号的二次谐波信号i_2f(t)减去所述平均值ave(t)得到新的二次谐波信号

C：判断新的二次谐波信号中是否还存在极大值和极小值，若有，返回步骤A，重复计算上、下包络线，再计算平均值，并用减去平均值，得到新的二次谐波信号直到第i次的二次谐波信号无极值为止；若没有极大值和极小值，则执行步骤D，其中，没有极大值和极小值的新的二次谐波信号为第i次的二次谐波信号。

D：将初始的电流信号的二次谐波信号i_2f(t)减去第i次的二次谐波信号得到一个残余信号；

E：判断残余信号是否为趋势项，所述趋势项为单调递增或单调递减，若不是趋势项，将残余信号作为新的二次谐波信号并返回步骤A；若是趋势项，前一个残余信号为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号；

其中，若第k个残余信号R_k为趋势项时，第k-1个残余信号R_k-1为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号。

譬如，用i_2f(t)减去得到残余信号R₁，再将残余信号R₁作为二次谐波信号i_2f(t)，重复计算更新，直到最后的残余信号R_k为一个趋势项为止，此时，第k-1个残余信号R_k-1为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号。

应当说明，快速正弦波动、缓慢正弦波动其区别是肉眼观察二次谐波信号可鉴别的，其区别明显。同时，本发明中若电流信号的二次谐波信号不论是同时包含上述一种或多种波动时，只要包含畸变波动、缓慢正弦波动、快速正弦波动，则分别采取对应措施。

步骤S105，根据最终的二次谐波电流信号获得氧气浓度。

式中，N为残余气体的浓度，i_2fmax为步骤S4最后得到二次谐波信号的峰值，i₀(t)为激光的注入电流，L为激光穿透玻璃药瓶的光程，S₂为二次谐波项系数，t表示时间。

基于上述方法，本实施例提供的相应系统包括：信号处理模块2、激光发射模块1以及玻璃药瓶。

信号处理模块2包括信号产生模块201、光电检测器202、与光电检测器202电性连接的信号解调模块203以及与信号解调模块203电性连接的谐波分析模块204。

其中：信号产生模块201用于输出驱动激光发射模块1的信号以及给所述信号解调模块203输出高频信号二倍频信号。

光电检测器202用于获取汇聚后激光束的透射光强并转换成电流信号，信号解调模块203用于提取输出电流信号的二次谐波电流信号，谐波分析模块204用于根据二次谐波电流信号获得氧气浓度。

激光发射模块1用于发射穿透玻璃容器的激光束，包括激光器102和用于控制激光器102的激光控制模块101，激光控制模块101包括用于控制激光器工作电流的电流控制模块1011和用于控制激光器的工作温度的温度控制模块1012。至于光电检测器202、信号解调模块203、谐波分析模块204、激光器102、激光控制模块101以及信号产生模块201的具体结构以及组成的控制电路均为现有技术，不是本申请改进的重点，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的所述方法通过分析二次谐波干涉背景条纹的数学描述，利用优化调制度的方法减小干涉背景二次谐波信号的幅值，找到干涉背景条纹的来源，实现干涉背景条纹的逆向补偿，解决了现有技术由于玻璃药瓶残氧浓度检测过程中产生的光束干涉给二次谐波带来的光学噪声，导致残氧量检测精度低的技术问题，该技术可以有效抑制干涉背景对二次谐波信号产生的影响，使得二次谐波信号更加稳定，从而提高氧气浓度检测的精度，提升了玻璃药瓶浓度检测的稳定性。

需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于二次谐波干涉包络补偿的气体浓度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强，并根据透射光强转换为电流信号；

其中，玻璃瓶内充入了待检测的残余气体，激光从玻璃瓶一侧照射并穿透玻璃瓶；

S2：提取所述电流信号中的二次谐波信号；

S3：调节电流调制幅度，并根据随电流调制幅度变化的电流信号中的二次谐波信号确定最优电流调制幅度；

其中，最优电流调制幅度为二次谐波信号中吸收气体二次谐波信号与干涉背景条纹二次谐波信号的幅值之比最大时对应的电流调制幅度；

S4：获取最优电流调制幅度下电流信号的二次谐波信号的波形，并根据波形消除电流信号的二次谐波信号中畸变波动、快速正弦波动、缓慢正弦波动；

其中，若二次谐波信号的波形存在畸变波形、快速正弦波动、缓慢正弦波动，则消除相应波动；

S5：根据步骤S4最后得到二次谐波信号计算出残余气体的浓度；

式中，N为残余气体的浓度，i_2fmax为步骤S4最后得到二次谐波信号的峰值，i₀(t)为激光的注入电流，L为激光穿透玻璃药瓶的光程，S₂为二次谐波项系数，t表示时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中若存在畸变波形，消除电流信号的二次谐波信号中畸变波动的过程为：使用楔形光电检测器；

所述楔形光电检测器用于采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中若存在快速正弦波动，消除电流信号的二次谐波信号中快速正弦波动过程为：增设低通滤波器；

所述低通滤波器用于使吸收信号的二次谐波信号通过，同时滤除干涉背景条纹的高频信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中若存在缓慢正弦波动，通过分解干涉包络消除电流信号的二次谐波信号中缓慢正弦波动，过程如下：

A：获取电流信号的二次谐波信号的极大值和极小值，再使用三次样条曲线分别对极大值点、极小值点进行插值拟合得到上包络线、下包络线；

其中，初始的电流信号的二次谐波信号为最优调制幅度下电流信号的二次谐波信号；

B：计算上包络线、下包络线的平均值，再将电流信号的二次谐波信号减去所述平均值得到新的二次谐波信号；

C：判断新的二次谐波信号中是否还存在极大值和极小值，若有，返回步骤A；若没有极大值和极小值，则执行步骤D；

其中，没有极大值和极小值的新的二次谐波信号为第i次的二次谐波信号；

D：将初始的电流信号的二次谐波信号减去第i次的二次谐波信号得到一个残余信号；

E：判断残余信号是否为趋势项，所述趋势项为单调递增或单调递减，若不是趋势项，将残余信号作为新的二次谐波信号并返回步骤A；若是趋势项，前一个残余信号为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号；

其中，若第k个残余信号R_k为趋势项时，第k-1个残余信号R_k-1为消除了缓慢正弦波动的二次谐波信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中提取的电流信号中的二次谐波信号是电流信号与高频信号的二倍频信号相乘得到的，如下所示：

式中，i_2f(t)为电流信号中的二次谐波信号，i(t)为电流信号，cos(2ωt)为高频信号的二倍频信号，ω为高频信号的频率，t为时间，i_B2f为干涉背景条纹的二次谐波信号；i_A2f为吸收气体的二次谐波信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：透射光强与电流信号成线性关系，关系如下：

I(t)＝I₀·T·(1-αNL)

i(t)＝i₀·T·(1-αNL)

式中，I(t)为透射光强，I₀为激光入射光强，T为透射率，α为吸收系数，N为氧气浓度；

i(t)为电流信号，i₀为激光器的注入电流。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述待检测的残余气体为残余氧气。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述玻璃瓶为玻璃药瓶。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述方法的检测系统，其特征在于：包括信号处理模块、激光发射模块以及玻璃瓶；

其中，所述玻璃瓶内充入了待检测的残余气体，激光发射模块发射激光，激光从玻璃瓶一侧照射并穿透玻璃瓶；

所述信号处理模块至少包括光电检测器、信号解调模块和谐波分析模块，其中，光电检测器设于玻璃瓶一侧，用于采集激光穿透玻璃瓶后的透射光强并转化为电流信号；信号解调模块与光电检测器连接，用于获取电流信号中的二次谐波信号，谐波分析模块与信号解调模块连接，用于根据二次谐波信号获取残余气体的浓度。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述信号处理模块还包括与所述激光发射模块、信号解调模块均连接信号产生模块，所述信号产生模块用于输出驱动信号给激光发射模块以及用于输出高频信号二倍频信号给信号解调模块。