CN114594070A - 一种基于tdlas的宽域气体浓度检测装置及方法 - Google Patents

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CN114594070A CN202210250548.6A CN202210250548A CN114594070A CN 114594070 A CN114594070 A CN 114594070A CN 202210250548 A CN202210250548 A CN 202210250548A CN 114594070 A CN114594070 A CN 114594070A
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Abstract

本发明涉及一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置及方法，其装置包括：激光器驱动模块，用于提供温度可调和频率可调的激发光源；以及为计算模块提供参考信号；光电转化采集模块，用于采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；计算模块，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；以及对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。本发明通过低频的锯齿波和高频的正弦波的信号调制和激光器的温度控制保证激发光源的稳定性，并结合多级滤波降低环境噪声对低浓度气体检测的影响，提升了气体检测浓度的下限，进一步提高气体检测的稳定性和准确性。

Description

一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置及方法
技术领域
本发明属于气体浓度检测领域，具体涉及一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置及方法。
背景技术
对于电网行业，变压器运行是否稳定是其供电是否平稳可靠的重要标准。当变压器保持长期运行的过程中，变压器中的绝缘油会因为过热、放电、受潮等原因生成多种与故障检测相关的气体。由此，通过监控变压器绝缘油中的多种故障判别气体浓度是保证变压器正常稳定的运行的重要方式之一。随着光学技术的不断进步，光学检测技术被应用于气体检测方向上来。由于其在响应速度方面的巨大优势，使得常规的混合气体的检测方法逐渐被取代。
TDLAS即调谐二极管激光吸收光谱技术，有着灵敏性高的优点，并且对于多组分气体环境检测的情况下，不仅无需接触，气体之间互相干扰小，而且响应速度较快，在各种气体检测的场景下都有着较好的效果。
2003年，刘泉等使用双波长补偿法消除气体的干扰实现了乙炔气体浓度的在线检测装置；2013年，李红莲等使用卡尔曼滤波算法实现了痕量二氧化碳气体的检测，进一步提高了检测方法的稳定性，但由于噪声的干扰，该算法的测量浓度下限不足200ppm；2017年，孙灵芳等使用两个可调谐激光器同时在线检测两种气体，降低了系统后期维护成本，但该方法气体浓度检测误差较大；2021年，田川等使用经验模态分解(Empirical ModeDecomposition，EMD)算法滤波降噪提高了一氧化氮的检测精度和稳定性，但该算法不能实现气体的在线检测，实时性较差；李王若竹使用时频峰值降噪滤波算法进行气体检测，此算法对电噪声的抑制作用明显，但对干涉噪声没有明显的提升。
现有的TDLAS技术作为气体检测方案时，激光器温度变化、气室的压强变动以及其他气体干扰都会影响到气体浓度的精度结果，如何降低低浓度中信号噪声从而进一步提升系统稳定性和准确性是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决目前气体浓度方法检测精度的不高、易受噪声干扰的问题，在本发明的第一方面提供了一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，包括：激光器驱动模块，用于提供温度可调和频率可调的激发光源；以及为计算模块提供参考信号；光电转化采集模块，用于采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；计算模块，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；以及对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
在本发明的一些实施例中，所述激光器驱动模块包括波形生成模块、温度控制模块、模拟开关和压控恒流源模块，所述波形生成模块，用于生成多种不同频率和/或波形的数字信号，以及将多种数字信号转化为模拟信号；所述温度控制模，用于控制激光器的温度；所述压控恒流源模块，用于将模拟信号中的电压信号转换为电流信号。
进一步的，所述波形生成模块包括生成模块和转化模块，所述生成模块，用于产生低频的锯齿波信号和高频正弦波信号，及其对应的二倍频信号；所述转化模块，用于将所述低频的锯齿波信号和所述高频正弦波信号转化为对应的模拟信号。
在本发明的一些实施例中，所述计算模块包括锁相放大器、多级滤波器和反演模块，所述锁相放大器，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；所述多级滤波器，用于对所述二次谐波进行多级滤波去噪；所述反演模块，用于根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
进一步的，所述多级滤波器包括积分梳状滤波器、平滑滤波器和周期滤波模块，所述分梳状滤波器的输出作为所述平滑滤波器的输入，
其中：所述积分梳状滤波器的表达式为：
Figure BDA0003541233430000031
y(n)表示第n个时刻的输出，x(n)表示第n个时刻的输入，h(n)表示冲激响应函数，N表示抽样倍数；
所述平滑滤波器的表达式表示为：
Figure BDA0003541233430000032
其中Rt为平滑滤波器的滤波结果，gt－m表示t-m时刻的观测值，n表示滑动窗口半径，ω表示观测值的权重，
Figure BDA0003541233430000033
表示t时刻时观测值的平均权重。
在上述的实施例中，所述光电转化采集模块包括可变放大模块，所述可变放大模块可通过自适应调节的放大电路调节采样信号的采集精度。
本发明的第二方面，提供了一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法，包括：确定待测气体的激发光源和参考信号，并将其发出的激光进入气体吸收池中；采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
进一步的，所述多级滤波去噪通过多级积分梳状滤波器和SG平滑滤波器级联实现。
本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第二方面提供的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明在第二方面提供的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用低频的锯齿波和高频的正弦波进行电流调制，同时生成解调所需的二倍参考信号；并通过硬件PID控制对半导体激光器的温度进行控制，调制信号和温度共同控制驱动激光器生成光信号，从而保证激发光源的稳定性；
2.本发明通过CIC滤波器、SG滤波器和FIR滤波器相结合的方式，改进了传统的数字锁相放大器，提高锁相放大器的性能，使其具有更窄滤波带宽；并同时提升了信噪比，使其在低浓度情况下也能提取原信号的二次谐波幅值。因此提升了气体检测下限准确性，扩大可测气体的浓度范围，实现了气体浓度的宽域检测。
附图说明
图1为本发明的一些实施例中的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置的基本结构示意图；
图2为本发明的一些实施例中的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置的具体结构示意图；
图3为本发明的一些实施例中的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置的信号流向及处理原理示意图；
图4为本发明的一些实施例中的调制波信号的波形图；
图5为本发明的一些实施例中的高速ADC原始信号的波形图；
图6为本发明的一些实施例中的二次谐波信号的波形图；
图7为本发明的一些实施例中的二次谐波幅值与气体浓度的关系曲线图；
图8为本发明的一些实施例中的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法的流程示意图；
图9为本发明的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参考图1，在本发明的第一方面，提供了一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，包括：激光器驱动模块11，用于提供温度可调和频率可调的激发光源；以及为计算模块13提供参考信号；光电转化采集模块12，用于采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；计算模块13，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；以及对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
可以理解，不失一般性，TDLAS的宽域气体浓度检测是利用吸收光谱原理，分析处理待测气体的吸收光谱，再通过其吸收强度推导该气体的实际浓度。同时在激光驱动部分对可调谐半导体激光器使用波长调制技术，生成二倍频信号后再经锁相放大提取二次谐波的幅值，最后推到计算出待测气体浓度。
在本发明的一些实施例中，所述激光器驱动模块11包括波形生成模块、温度控制模块、模拟开关和压控恒流源模块，所述波形生成模块，用于生成多种不同频率和/或波形的数字信号，以及将多种数字信号转化为模拟信号；所述温度控制模，用于控制激光器的温度；所述压控恒流源模块，用于将模拟信号中的电压信号转换为电流信号。
参见图2，具体地，所述激光器驱动模块11，包含调制波生成模块、温控模块、模拟开关模块和压控恒流源模块。其中温控模块，激光器实时反馈其真实温度，通过硬件PID计算指令温度和真实温度的误差，驱动温控芯片实现加热或降温，从而对激光器的温度进行稳定控制。
进一步的，所述波形生成模块包括生成模块和转化模块，所述生成模块，用于产生低频的锯齿波信号和高频正弦波信号，及其对应的二倍频信号；所述转化模块，用于将所述低频的锯齿波信号和所述高频正弦波信号转化为对应的模拟信号。具体地，调制波生成模块，既可以产生低频的锯齿波信号，又能够产生高频的正弦波信号以及与其对应的二倍频信号，此模块将两种数字信号进行叠加，通过驱动dac转化为模拟信号。信号经过模拟开关的四选一模块，选择合适的波长范围激光器，驱动对应的压控恒流源模块把电压信号转换为电流信号，驱动激光器生成激光。不失一般性，图4示出了调制波信号的波形图。
参见图2与图3，在本发明的一些实施例中，所述计算模块13包括锁相放大器、多级滤波器和反演模块，所述锁相放大器，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；所述多级滤波器，用于对所述二次谐波进行多级滤波去噪；所述反演模块，用于根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。示意性地，图7示出了二次谐波与待测气体浓度之间的曲线关系图。
具体地，计算模块13通过气体计算模块实现，其包括锁相放大器模块、降噪滤波模块以及数据采集模块等。其中数据采集模块使用SRAM储存高速ADC采集的原始数据，方便用户监控目前的设备运行状态；锁相放大器模块，是使用数字锁相放大算法计算出二次谐波的数值；降噪滤波模块(算法)使用积分梳状滤波器、SG滤波器等方法提高低浓度气体的检测精度。示意性，图5与图6示出了高速ADC原始信号和二次谐波信号的波形图。
进一步，在上述多级滤波器中，在自适应倍率的高速信号采样方法的基础上，引入将CIC滤波器、SG平滑滤波器以及有限脉冲响应(Finite Impulse Response，FIR)滤波器三者相结合的信号处理方法降低采样频率，从而使得改进后的FIR滤波器具有更窄滤波带宽，提高锁相放大器的性能，提高气体检测的下限，实现气体浓度的宽裕检测。
参考图3，具体地，多级滤波器通过如下步骤实现：
步骤1.结合CIC滤波器和FIR滤波器各自的特点，建立出具有多级滤波结构的数字锁相放大器，其中CIC滤波器的冲激响应为：
Figure BDA0003541233430000071
其中，N为抽样因子或抽样倍速。
步骤2.根据式(1)可推出CIC滤波器的系统函数如下所示：
Figure BDA0003541233430000072
其中
Figure BDA0003541233430000073
H2(z)＝1-z-N。
步骤3.从时域上分析式(2)，则CIC滤波器的表达式如下所示：
Figure BDA0003541233430000074
其中，y(n)表示第n个时刻的输出，x(n)表示第n个时刻的输入，h(n)表示冲激响应函数；由(3)可知，CIC滤波器中没有任何乘法运算，全部均为加法运算，因此该算法计算量较小，在FPGA中该方法的实时性更好、计算速度更快。
步骤4.将CIC滤波器的输出作为SG滤波器的输入，进一步对光谱信号进行降噪，其中SG滤波器的表达式如下
Figure BDA0003541233430000075
其中Rt为SG滤波器的滤波结果，gt－m代表t－m时刻的观测值，xt－m代表t－m时刻的真实值，εt-m代表t－m时刻的误差值，n表示滑动窗口半径。
步骤5.由于噪声的均值为0，所以
Figure BDA0003541233430000076
为0，带入式(4)后，观测值近似等于真实值(gt－m等于xt－m，gt+m等于xt+m)，但由于实际工况中每个观测值的重要程度或许不同，直接取平均不能得到精确的结果，所以需要给观测值加权，表达式如下：
Figure BDA0003541233430000081
其中ω表示观测值的权重，
Figure BDA0003541233430000082
表示t时刻时观测值的平均权重。这样，得到的预测值就会更加合理，SG算法能较好地去除噪声并还原信号所携带的待测气体浓度信息。
在上述的实施例中，所述光电转化采集模块12包括可变放大模块，所述可变放大模块可通过自适应调节的放大电路调节采样信号的采集精度。
具体地，所述光电转化采集模块12，包括气体吸收池、光电转换器、可变放大器(模块)以及数据采样模块等。其中可变放大模块，由于设置的调制波的幅度以及气体吸收情况不同，可变放大模块可通过自适应调节的放大电路的可变电阻的阻值大小，间接改变放大电路的放大倍数，提高数据采集的精度。
实施例2
参考图8，本发明的第二方面，提供了一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法，包括：S100.确定待测气体的激发光源和参考信号，并将其发出的激光进入气体吸收池中；S200.采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；S300.对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；S400.对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
具体地，以纯氮环境下的乙烷气体(C2H6)为例，包括以下步骤：
步骤一：根据待测气体类型，选取相应的吸收光谱谱线，根据波长确定激光器号和对应温度。
其中，步骤一中的温度控制是激光器稳定运行的关键电路，他能实现精准的温度控制，从而使半导体激光器发射的激光中心波长保持稳定，几乎没有任何震荡。根据选择的吸收光谱中心波长，查表确定激光器对应温度，上位机传输该指令温度，半导体激光器反馈实际温度，通过硬件PID调节加热或制冷，达到温度稳定控制的效果。
步骤二：生成高频正弦信号和低频锯齿信号叠加后的调制信号，驱动半导体激光器产生频率vs在v0～v1之间进行线性扫描的激光，且v0＜vs＜v1，其中v0为扫描起始频率，v1为扫描终止频率。
其中，步骤二中的半导体激光器产生的光信号扫描的光频率随时间变化如下：
Figure BDA0003541233430000091
其中，v(t)为光频率，v0为扫描起始频率，v1为扫描终止频率，T为扫描周期，k为周期数，k＝0，1，2，3…，t为扫描时间；
至此半导体激光器扫描信号的光强随时间变化如下：
Figure BDA0003541233430000092
其中，I(t)为光频率，I0为激光信号扫描起始强度，I1为激光信号扫描终止强度，T为扫描周期，k为周期数，k＝0，1，2，3…，t为扫描时间；
步骤三：激光器发射的激光进入气体吸收池后，由光电转换器将光信号转化为电信号，然后经过高通滤波器滤除低频的锯齿波信号，再通过可变放大器自适应调节放大倍数将信号放大至合适的ADC量程的范围，最后由数据采集模块进行采集和保存，得到以扫描时间t为横坐标、电压信号为纵坐标的二维曲线图像。
其中可变放大器由可变电位计和放大器组成，通过上位机改变可变电位计的电阻，间接调节放大器的放大倍数，进而完成放大倍数可变的功能；依据ADC采集的数值，进行动态调节放大倍数，使采集数据在量程范围的80％至95％。
步骤四：采集到的原信号与生成的二倍频参考信号做锁相放大计算，得到二次谐波的结果。将二次谐波通过降噪滤波算法，得到以扫描时间t为横坐标、二次谐波幅值为纵坐标的二维曲线图像。其中，降噪滤波算法采用了多级积分梳状滤波器和SG平滑滤波器级联的结构。
步骤五：根据现有浓度气体进行标定测试，获得二次谐波幅值与最大值－气体浓度的关系曲线，并用最小二乘法对该曲线进行多项式拟合得到气体标定公式。
可以理解，变压器中的多种故障气体还包括乙炔、乙烯、甲烷、微水、氢气、一氧化碳、二氧化碳，因此利用上述实施例中的方法检测乙烷，同样适用于变压器中的其他一种或多种故障气体。
实施例3
参考图9，本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面的方法。
电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
通常以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图9示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图9中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD－ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++、Python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，其特征在于，包括：
激光器驱动模块，用于提供温度可调和频率可调的激发光源；以及为计算模块提供参考信号；
光电转化采集模块，用于采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；
计算模块，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；以及对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
2.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，其特征在于，所述激光器驱动模块包括波形生成模块、温度控制模块、模拟开关和压控恒流源模块，
所述波形生成模块，用于生成多种不同频率和/或波形的数字信号，以及将多种数字信号转化为模拟信号；
所述温度控制模，用于控制激光器的温度；
所述压控恒流源模块，用于将模拟信号中的电压信号转换为电流信号。
3.根据权利要求2所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，其特征在于，所述波形生成模块包括生成模块和转化模块，
所述生成模块，用于产生低频的锯齿波信号和高频正弦波信号，及其对应的二倍频信号；
所述转化模块，用于将所述低频的锯齿波信号和所述高频正弦波信号转化为对应的模拟信号。
4.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，其特征在于，所述计算模块包括锁相放大器、多级滤波器和反演模块，
所述锁相放大器，用于对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；
所述多级滤波器，用于对所述二次谐波进行多级滤波去噪；
所述反演模块，用于根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
5.根据权利要求4所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，其特征在于，所述多级滤波器包括积分梳状滤波器、平滑滤波器和周期滤波模块，所述分梳状滤波器的输出作为所述平滑滤波器的输入，
其中：所述积分梳状滤波器的表达式为：
Figure FDA0003541233420000021
y(n)表示第n个时刻的输出，x(n)表示第n个时刻的输入，h(n)表示冲激响应函数，N表示抽样倍数；
所述平滑滤波器的表达式表示为：
Figure FDA0003541233420000022
其中Rt为平滑滤波器的滤波结果，gt－m表示t-m时刻的观测值，n表示滑动窗口半径，ω表示观测值的权重，
Figure FDA0003541233420000023
表示t时刻时观测值的平均权重。
6.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置，其特征在于，所述光电转化采集模块包括可变放大模块，
所述可变放大模块可通过自适应调节的放大电路调节采样信号的采集精度。
7.一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法，其特征在于，包括：
确定待测气体的激发光源和参考信号，并将其发出的激光进入气体吸收池中；
采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样信号；
对采样信号和参考信号进行锁相放大，得到二次谐波；
对所述二次谐波进行多级滤波去噪，并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。
8.根据权利要求7所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法，其特征在于，所述多级滤波去噪通过多级积分梳状滤波器和SG平滑滤波器级联实现。
9.一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求7至8任一项所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8任一项所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法。
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