CN112710610A - 有害气体监测系统以及有害气体监测激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光器技术领域，公开了一种有害气体监测系统以及有害气体监测激光器。该系统包括激光发射模块、信号接收模块及数据处理模块；激光发射模块发射宽带光信号至待测气体气室使其输出窄带光信号；信号接收模块分束得到第一分束信号和第二分束信号，第二分束信号与宽带光信号在环形腔内震荡，得到震荡光信号更新第一分束信号，得到更新后的第一分束信号；数据处理模块根据更新后的第一分束信号得到有害气体组份浓度信息，在有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时生成预警信号。本发明基于环腔式气体检测技术得到有害气体组份浓度信息，不需要化学试剂或是对气体进行预处理可以完成多种气体的定性定量测量。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种有害气体监测系统以及有害气体监测激光器。
背景技术
有害气体不仅破坏生态环境，危害人体健康，甚至还易引起爆炸、火灾等重特大事故，监测有毒有害气体和易燃易爆气体对于环境保护和安全生产具有重要的意义。
但是目前，传统气体检测的方法或是有局限性，或是需要化学试剂，或是需要对气体进行预处理，或是只能对特定气体进行检测，或是结构复杂，价格昂贵，不利于现场测量，均难以满足环境监测或是生产监控的需要。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种有害气体监测系统以及有害气体监测激光器，旨在解决现有传统气体检测方式有局限性难以满足环境监测或是生产监控的需要的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种有害气体监测系统，所述有害气体监测系统包括激光发射模块、信号接收模块以及数据处理模块，所述激光发射模块与待测气体气室连接，所述信号接收模块与所述待测气体气室连接，所述数据处理模块与所述信号接收模块连接，所述信号接收模块与所述激光发射模块连接，所述激光发射模块和所述信号接收模块构成环形腔；其中，
所述激光发射模块，用于发射宽带光信号至所述待测气体气室，以使所述待测气体气室吸收所述宽带光信号后输出窄带光信号至所述信号接收模块；
所述信号接收模块，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；
所述信号接收模块，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块；
所述数据处理模块，用于对所述更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。
可选地，所述激光发射模块包括依次连接的泵浦光源以及光纤放大器，所述光纤放大器与与所述待测气体气室连接；其中，
所述光纤放大器，用于在所述泵浦光源驱动下，自发辐射产生宽带光信号，并将所述宽带光信号发射至所述待测气体气室。
可选地，所述信号接收模块包括依次连接的滤波器以及耦合器，所述耦合器与所述数据处理模块连接；其中，
所述滤波器，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行滤波，得到滤波光信号，并将所述滤波光信号发送至所述耦合器；
所述耦合器，用于接收所述滤波光信号，对所述滤波光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；
所述耦合器，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块。
可选地，所述信号接收模块还包括参考光栅；所述参考光栅分别与所述滤波器和所述耦合器连接；其中，
所述参考光栅，用于接收所述滤波器发送的滤波光信号，确定所述滤波光信号的吸收峰波长，根据所述吸收峰波长生成参考光信号，并将所述参考光信号发送至所述耦合器，以使所述耦合器根据所述参考光信号进行分束。
可选地，所述耦合器为1：99的光耦合器。
可选地，所述信号接收模块还包括光开关，所述光开关的第一端与所述耦合器连接，所述光开关的第二端与所述激光发射模块连接。
可选地，所述数据处理模块包括依次连接的光电探测器以及光谱处理单元；其中，
所述光电探测器，用于接收所述更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号转换为待测电信号，并将所述待测电信号发送至所述光谱处理单元；
所述光谱处理单元，用于根据所述待测电信号确定扫描光谱信号，对所述扫描光谱信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。
可选地，所述数据处理模块还包括压电陶瓷；所述压电陶瓷分别与所述光谱处理单元和所述滤波器连接；其中，
所述光谱处理单元，还用于发送若干驱动电压至所述压电陶瓷，以使所述滤波器的腔长变化，实现波长扫描；
所述光谱处理单元，还用于在波长扫描时，确定所述滤波器的透射谱位置，在所述透射谱位置确定时，调节所述滤波器的透射窗口位置，得到扫描光谱信号。
可选地，所述光谱处理单元，对所述扫描光谱信号进行数据处理；其中，所述数据处理包括：吸收谱去噪、基线拟合、吸收峰拟合、气体组份以及浓度解调中的至少一项。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种有害气体监测激光器，所述有害气体监测激光器包括如上文所述的有害气体监测系统。
本发明提供了一种有害气体监测系统，有害气体监测系统包括激光发射模块、信号接收模块及数据处理模块，激光发射模块与待测气体气室连接，信号接收模块与待测气体气室连接，数据处理模块与信号接收模块连接，信号接收模块与激光发射模块连接，激光发射模块和信号接收模块构成环形腔；其中，激光发射模块，用于发射宽带光信号至待测气体气室，以使待测气体气室吸收宽带光信号后输出窄带光信号至信号接收模块；信号接收模块，用于接收窄带光信号，对窄带光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；信号接收模块，还用于将第二分束信号发送至激光发射模块，以使第二分束信号与宽带光信号在环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据震荡光信号对第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将更新后的第一分束信号发送至数据处理模块；数据处理模块，用于对更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。本发明中，基于环腔式气体检测技术得到有害气体组份浓度信息，不需要化学试剂或是对气体进行预处理，可以完成多种气体的定性定量测量，解决了现有传统气体检测方式有局限性难以满足环境监测或是生产监控的需要的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明有害气体监测系统一实施例的功能模块图；
图2为本发明有害气体监测系统一实施例的电路结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 激光发射模块 | 201 | 参考光栅 |
| 200 | 信号接收模块 | I2 | 第二隔离器 |
| 300 | 数据处理模块 | SW | 光开关 |
| PUMP | 泵浦光源 | PIN | 光电探测器 |
| EDFA | 光纤放大器 | 301 | 光谱处理单元 |
| I1 | 第一隔离器 | PZT | 压电陶瓷 |
| F | 滤波器 | I3 | 第三隔离器 |
| C | 耦合器 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种有害气体监测系统。
参照图1，在本发明实施例中，所述有害气体监测系统包括激光发射模块100、信号接收模块200以及数据处理模块300，所述激光发射模块100与待测气体气室连接，所述信号接收模块200与所述待测气体气室连接，所述数据处理模块300与所述信号接收模块200连接，所述信号接收模块200与所述激光发射模块100连接，所述激光发射模块100和所述信号接收模块200构成环形腔；其中，
所述激光发射模块100，用于发射宽带光信号至所述待测气体气室，以使所述待测气体气室吸收所述宽带光信号后输出窄带光信号至所述信号接收模块200。本实施例中，所述激光发射模块100可以包括依次连接的泵浦光源及光纤放大器，其中，光纤放大器可以在泵浦光源的驱动下，自发辐射产生宽带光信号，发射宽带光信号至所述待测气体气室，宽带光信号通过待测气体气室被气体吸收衰减，输出窄带光信号至所述信号接收模块200。
所述信号接收模块200，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号。本实施例中，信号接收模块200可以包括依次连接的滤波器及耦合器，其中，滤波器接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行滤波，得到滤波光信号，并将所述滤波光信号发送至耦合器，耦合器接收滤波光信号，对滤波光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号。本实施例中，滤波器可以为F-P滤波器(法布里-珀罗滤波器)，耦合器可以为1：99的光耦合器。
具体地，F-P滤波器接收窄带光信号进行滤波得到滤波光信号，经F-P滤波器滤波后的滤波光信号是以F-P滤波器透射波长为中心的窄带光，再经过l：99耦合器分束，例如，1％为第一分束信号，99％为第二分束信号。
所述信号接收模块200，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块100，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块300。本实施例中，经过l：99耦合器分束得到第一分束信号和第二分束信号，其中，1％的第一分束信号可以进入数据处理模块300用于光谱采集，99％的第二分束信号可以进入激光发射模块100中的光纤放大器进行放大。
具体地，光纤放大器、待测气体气室、F-P滤波器及耦合器构成环形腔，第二分束信号与宽带光信号在所述环形腔内震荡，增益大于损耗，环腔内光强在振荡过程中不断增加。随着入射到光纤放大器的光强的增强，增益系数因饱和效应而减少，直至减小到阈值增益，光强不再增加，激光器工作于稳定工作状态。光子在环腔内振荡形成激光的过程中，多次经过待测气体气室与其中的待测气体相互作用，大大增加了气体吸收的有效光程长。
所述数据处理模块300，用于对所述更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。本实施例中，基于环腔式气体检测技术将第二分束信号发送至所述激光发射模块，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，震荡过程多次经过待测气体气室，大大增加了更新后的第一分束信号的有效光程长，对更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，提高了气体检测的灵敏度，对更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号；其中，所述数据处理可以包括：吸收谱去噪、基线拟合、吸收峰拟合、气体组份以及浓度解调中的至少一项。本实施例的有害气体监测系统可以监测C2H2(乙炔)、NH3(氨气)、CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、H2S(硫化氢)等有害气体。
本实施例提出一种有害气体监测系统，所述有害气体监测系统包括激光发射模块100、信号接收模块200以及数据处理模块300，所述激光发射模块100与待测气体气室连接，所述信号接收模块200与所述待测气体气室连接，所述数据处理模块300与所述信号接收模块200连接，所述信号接收模块200与所述激光发射模块100连接，所述激光发射模块100和所述信号接收模块200构成环形腔；其中，所述激光发射模块100，用于发射宽带光信号至所述待测气体气室，以使所述待测气体气室吸收所述宽带光信号后输出窄带光信号至所述信号接收模块200；所述信号接收模块200，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；所述信号接收模块200，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块100，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块300；所述数据处理模块300，用于对所述更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。本实施例中，基于环腔式气体检测技术将第二分束信号发送至所述激光发射模块，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，震荡过程多次经过待测气体气室，大大增加了更新后的第一分束信号的有效光程长，对更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，提高了气体检测的灵敏度，不需要化学试剂或是对气体进行预处理，可以完成多种气体的定性定量测量，解决了现有传统气体检测方式有局限性难以满足环境监测或是生产监控的需要的技术问题。
进一步地，参照图2，所述激光发射模块100包括依次连接的泵浦光源PUMP以及光纤放大器EDFA，所述光纤放大器EDFA与与所述待测气体气室连接；其中，
所述光纤放大器EDFA，用于在所述泵浦光源PUMP驱动下，自发辐射产生宽带光信号，并将所述宽带光信号发射至所述待测气体气室。
需要说明的是，激光发射模块100可以包括依次连接的泵浦光源PUMP以及光纤放大器EDFA，光纤放大器EDFA可以在泵浦光源的驱动下，自发辐射产生宽带光信号，发射宽带光信号至所述待测气体气室，宽带光信号通过待测气体气室被气体吸收衰减，输出窄带光信号至所述信号接收模块200中的滤波器F。其中，本实施例可以采用980nm的半导体激光器作为泵浦光源PUMP，由恒流源驱动，泵浦功率随着驱动电流的增加而增加，但是增长趋势逐渐变缓。光纤放大器EDFA可以采用掺铒光纤放大器。待测气体气室的气室材料可以为石英，其在近红外波段具有很好的透射特性，待测气体气室的长度可以为10cm，待测气体气室的两端可以通过自聚焦透镜与光纤耦合，自聚焦透镜是一种微型透镜，可以完成空间光和光纤光之间的耦合。此外，本实施例对泵浦光源、光纤放大器和待测气体气室的具体类型并不加以限制。
易于理解的是，激光发射模块100还可以包括第一隔离器I1和第二隔离器I2，第一隔离器I1的一端与泵浦光源PUMP连接，第一隔离器I1的另一端与光纤放大器EDFA连接，第二隔离器I2的一端与光纤放大器EDFA连接，第二隔离器I2的另一端与待测气体气室连接。第一隔离器I1和第二隔离器I2的作用是保证光正向传播，防止反射光对有害气体监测系统造成干扰或损坏。
进一步地，继续参照图2，所述信号接收模块200包括依次连接的滤波器F以及耦合器C，所述耦合器C与所述数据处理模块300连接；其中，
所述滤波器F，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行滤波，得到滤波光信号，并将所述滤波光信号发送至所述耦合器C；
所述耦合器C，用于接收所述滤波光信号，对所述滤波光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；
所述耦合器C，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块100，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块300。
需要说明的是，所述信号接收模块200可以包括依次连接的滤波器F以及耦合器C，耦合器C与数据处理模块300连接，滤波器F与待测气体气室连接，本实施例中，滤波器可以为F-P滤波器，耦合器可以为1：99的光耦合器。具体地，F-P滤波器接收窄带光信号进行滤波得到滤波光信号，经F-P滤波器滤波后的滤波光信号是以F-P滤波器透射波长为中心的窄带光，再经过l：99耦合器分束，例如，1％为第一分束信号，99％为第二分束信号。光纤放大器、待测气体气室、F-P滤波器及耦合器构成环形腔，第二分束信号与宽带光信号在所述环形腔内震荡，增益大于损耗，环腔内光强在振荡过程中不断增加。随着入射到光纤放大器的光强的增强，增益系数因饱和效应而减少，直至减小到阈值增益，光强不再增加，激光器工作于稳定工作状态。光子在环腔内振荡形成激光的过程中，多次经过待测气体气室与其中的待测气体相互作用，大大增加了气体吸收的有效光程长。
易于理解的是，待测气体气室的两端可以通过自聚焦透镜与光纤耦合，一端自聚焦透镜将单模光纤光传播为准直光束，另一端自聚焦透镜将通过待测气体气室后的空间准直光束耦合到光纤中，再传输至滤波器F。由于自聚焦透镜耦合效率不高，待测气体气室部分是环路中最主要的衰减，因此将待测气体气室置于F-P滤波器之前，充当衰减器，以保证F-P滤波器输入功率的要求。
进一步地，继续参照图2，所述信号接收模块200还包括参考光栅201；所述参考光栅201分别与所述滤波器F和所述耦合器C连接；其中，
所述参考光栅201，用于接收所述滤波器F发送的滤波光信号，确定所述滤波光信号的吸收峰波长，根据所述吸收峰波长生成参考光信号，并将所述参考光信号发送至所述耦合器C，以使所述耦合器C根据所述参考光信号进行分束。
需要说明的是，信号接收模块200还可以包括参考光栅201，本实施例中，参考光栅201可以为布拉格光栅，其中，布拉格光栅用于吸收峰波长的定标。由于压电迟滞效应和重复性误差等的因素的影响，使其驱动电压与压电陶瓷的位移之间的对应关系重复性较差，如果要准确的标定吸收峰的位置，一般采用F-P标准具，但F-P标准具价格昂贵，增加了成本。本实施例可以采用廉价的布拉格光栅来标定吸收峰，大大降低了成本。但是由于布拉格光栅的中心波长随温度变化呈线性变化，因此在实际测量中需要进行温度补偿。具体地，本实施例采用的布拉格参考光栅可以为一组四个反射光栅，得到扫捕光谱后，利用已知的布拉格光栅中心波长和其对应驱动电压来确定电压和波长的关系，再代入检测到的气体吸收峰对应的驱动电压反演出气体吸收峰的波长.排除了由于F-P滤波器的性能参数的误差而造成的波长定标误差，准确确定了吸收峰的位置，具有自校准性。
易于理解的是，信号接收模块200还可以包括第三隔离器I3，第三隔离器I3的一端与滤波器F连接，第三隔离器I3的另一端与参考光栅201连接，第三隔离器I3的作用是保证光正向传播，防止反射光对有害气体监测系统造成干扰或损坏。
进一步地，继续参照图2，所述耦合器C为1：99的光耦合器。
需要说明的是，耦合器C可以为1：99的光耦合器，则经过1：99耦合器分束，例如，1％为第一分束信号，99％为第二分束信号。耦合器C还可以为1：9的光耦合器，例如，10％为第一分束信号，90％为第二分束信号。本实施例对耦合器C的具体类型并不加以限制。
进一步地，继续参照图2，所述信号接收模块200还包括光开关SW，所述光开关SW的第一端与所述耦合器C连接，所述光开关SW的第二端与所述激光发射模块100连接。
需要说明的是，为防止功率过高而损坏腔内工作物质(例如滤波器)，信号接收模块200还可以包括光开关SW，例如，1％的光由数据处理模块300的光电探测器PIN进行实时监测，99％的光进入光开关SW。在正常状况下，光开关SW闭合，99％的光经光开关SW进入环腔，而当检测到光功率过高时，光开关SW断开，使腔内激光不能形成回路，从而在硬件上保证有害气体监测系统安全。
进一步地，继续参照图2，所述数据处理模块300包括依次连接的光电探测器PIN以及光谱处理单元301；其中，
所述光电探测器PIN，用于接收所述更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号转换为待测电信号，并将所述待测电信号发送至所述光谱处理单元301；
所述光谱处理单元301，用于根据所述待测电信号确定扫描光谱信号，对所述扫描光谱信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。
需要说明的是，1％的光经衰减后到达光电探测器PIN，光电探测器PIN用于探测光强度。光电探测器PIN可以为InGaAs光电二极管，光电探测器PIN将光信号转换成电压信号后，由光谱处理单元301进行处理。
易于理解的是，光谱处理单元301实时采集前端光、机、电系统产生的包含气体传感信息的待测电信号，根据待测电信号确定扫描光谱信号，确定扫描光谱信号的光电压值，对同一波长处多次采集的光电压值进行平均，并对结果进行吸收谱去噪、基线拟合、吸收峰拟合、气体组份以及浓度解调中的至少一项，得到有害气体组份浓度信息。在所述有害气体组份浓度信息对应的浓度值大于预设浓度阈值时，生成预警信号进行提示；也可以在显示界面展示有害气体组份浓度信息。
进一步地，继续参照图2，所述数据处理模块300还包括压电陶瓷PZT；所述压电陶瓷PZT分别与所述光谱处理单元301和所述滤波器F连接；其中，
所述光谱处理单元301，还用于发送若干驱动电压至所述压电陶瓷PZT，以使所述滤波器F的腔长变化，实现波长扫描；
所述光谱处理单元301，还用于在波长扫描时，确定所述滤波器F的透射谱位置，在所述透射谱位置确定时，调节所述滤波器F的透射窗口位置，得到扫描光谱信号。
需要说明的是，光谱处理单元301输出的模拟电压用于驱动F-P滤波器，即光谱处理单元301发送若干驱动电压至压电陶瓷PZT，以使滤波器F的腔长变化，实现波长扫描。
进一步地，继续参照图2，所述光谱处理单元301，对所述扫描光谱信号进行数据处理；其中，所述数据处理包括：吸收谱去噪、基线拟合、吸收峰拟合、气体组份以及浓度解调中的至少一项。
需要说明的是，吸收谱去噪可以采用常用去噪方法，例如平滑去噪、低通去噪和小波去噪，吸收谱去噪也可以采用自适应Kernel去噪算法，自适应Kernel去噪算法在降低噪声的同时较好的保留了吸收峰及基线线型。
易于理解的是，可以采用吸收峰检测模型进行基线拟合，吸收峰检测模型为基于DoG算法的多尺度特征确定的吸收峰检测模型，吸收峰检测模型可以方便的检测同一吸收谱中不同宽度的吸收峰，提高了吸收峰检测的准确性和实时性；分析多项式拟合的特点，创建了分段低阶多项式拟合模型，并提出了分段低阶多项式拟合和分段核平滑的基线拟合算法进行吸收峰拟合，既保留了低阶多项式拟合效果平滑的优势，又保证了所拟合基线忠实于真实基线。
为实现上述目的，本发明还提出一种有害气体监测激光器，所述有害气体监测激光器包括如上所述的有害气体监测系统。该有害气体监测系统的具体结构参照上述实施例，由于本有害气体监测激光器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的有害气体监测系统，此处不再赘述。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种有害气体监测系统，其特征在于，所述有害气体监测系统包括激光发射模块、信号接收模块以及数据处理模块，所述激光发射模块与待测气体气室连接，所述信号接收模块与所述待测气体气室连接，所述数据处理模块与所述信号接收模块连接，所述信号接收模块与所述激光发射模块连接，所述激光发射模块和所述信号接收模块构成环形腔；其中，
所述激光发射模块，用于发射宽带光信号至所述待测气体气室，以使所述待测气体气室吸收所述宽带光信号后输出窄带光信号至所述信号接收模块；
所述信号接收模块，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；
所述信号接收模块，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块；
所述数据处理模块，用于对所述更新后的第一分束信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。
2.如权利要求1所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述激光发射模块包括依次连接的泵浦光源以及光纤放大器，所述光纤放大器与与所述待测气体气室连接；其中，
所述光纤放大器，用于在所述泵浦光源驱动下，自发辐射产生宽带光信号，并将所述宽带光信号发射至所述待测气体气室。
3.如权利要求1所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述信号接收模块包括依次连接的滤波器以及耦合器，所述耦合器与所述数据处理模块连接；其中，
所述滤波器，用于接收所述窄带光信号，对所述窄带光信号进行滤波，得到滤波光信号，并将所述滤波光信号发送至所述耦合器；
所述耦合器，用于接收所述滤波光信号，对所述滤波光信号进行分束，得到第一分束信号和第二分束信号；
所述耦合器，还用于将所述第二分束信号发送至所述激光发射模块，以使第二分束信号与所述宽带光信号在所述环形腔内震荡，得到震荡光信号，根据所述震荡光信号对所述第一分束信号进行更新，得到更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号发送至所述数据处理模块。
4.如权利要求3所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述信号接收模块还包括参考光栅；所述参考光栅分别与所述滤波器和所述耦合器连接；其中，
所述参考光栅，用于接收所述滤波器发送的滤波光信号，确定所述滤波光信号的吸收峰波长，根据所述吸收峰波长生成参考光信号，并将所述参考光信号发送至所述耦合器，以使所述耦合器根据所述参考光信号进行分束。
5.如权利要求3所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述耦合器为1：99的光耦合器。
6.如权利要求3中所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述信号接收模块还包括光开关，所述光开关的第一端与所述耦合器连接，所述光开关的第二端与所述激光发射模块连接。
7.如权利要求3所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括依次连接的光电探测器以及光谱处理单元；其中，
所述光电探测器，用于接收所述更新后的第一分束信号，并将所述更新后的第一分束信号转换为待测电信号，并将所述待测电信号发送至所述光谱处理单元；
所述光谱处理单元，用于根据所述待测电信号确定扫描光谱信号，对所述扫描光谱信号进行数据处理，得到有害气体组份浓度信息，在所述有害气体组份浓度信息大于预设浓度阈值时，生成预警信号。
8.如权利要求7中所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括压电陶瓷；所述压电陶瓷分别与所述光谱处理单元和所述滤波器连接；其中，
所述光谱处理单元，还用于发送若干驱动电压至所述压电陶瓷，以使所述滤波器的腔长变化，实现波长扫描；
所述光谱处理单元，还用于在波长扫描时，确定所述滤波器的透射谱位置，在所述透射谱位置确定时，调节所述滤波器的透射窗口位置，得到扫描光谱信号。
9.如权利要求7所述的有害气体监测系统，其特征在于，所述光谱处理单元，对所述扫描光谱信号进行数据处理；其中，所述数据处理包括：吸收谱去噪、基线拟合、吸收峰拟合、气体组份以及浓度解调中的至少一项。
10.一种有害气体监测激光器，其特征在于，所述有害气体监测激光器包括如权利要求1～9中任一项所述的有害气体监测系统。
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| CN115824995A (zh) * | 2023-02-22 | 2023-03-21 | 天津市极光创新智能科技有限公司 | 一种用于气体分析的红外激光漫反射监测方法及系统 |
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