CN115128023A - 带自诊断功能的激光气体检测系统及气体实时校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了带自诊断功能的激光气体检测系统及气体实时校准方法，激光气体检测系统包括依次串联连接的检测单元、多路放大滤波单元、信号处理单元、缩放平移单元和激光驱动单元，激光驱动单元与检测单元相连接；检测单元实现在线激光气体检测实时校准，信号处理单元完成系统自诊断。本发明解决了传统激光气体检测系统检测标准参数易受器件老化影响、检测效率较低、检测准确度受温度影响较大以及核心零件受损不易被发现等问题，通过将地址线当作控制线进行使用，提高了系统对核心部件的自检测能力，同时本发明利用在线激光气体检测实时校准法提升了系统的监测效率。

Description

带自诊断功能的激光气体检测系统及气体实时校准方法

技术领域

本发明涉及气体检测与自诊断的技术领域，尤其涉及带自诊断功能的激光气体检测系统及气体实时校准方法。

背景技术

在煤矿或天然气管道等场所，危险气体的泄露会直接威胁周边人群的人身与财产安全，由于气体泄露区域属于危险环境，检测人员无法进行近距离检验与探测，于是，具备零交叉干扰、响应速度快、可远距离遥测或固定点在线实时检测等多种优点的激光气体检测系统成为检测危险气体泄漏的重要装置。但是，随着设备长时间的使用，激光器会出现光功率衰减现象，激光器电路也容易因电阻和电容的老化造成参数改变。此外，由于南北方之间有较大的的温差，激光器的输出波长也会出现飘逸现象，在室内环境中，激光器的温度补偿算法也会由于环境复杂、恶劣而达不到理想的效果。针对以上现象造成的测量误差，生产厂商一般会要求顾客将设备寄回原厂重新进行离线标定，然后再将调整好的激光器邮寄给客户，这样的处理方式不但费时费力，还会引起客户不满，无法及时满足客户需求。

随着激光气体检测设备智能化、小型化的发展，激光气体检测系统集成度越来越高。由于设备长时间使用，激光器出现输出光功率衰减，甚至损坏的问题；电路中的电阻、电容因老化现象使电路参数改变；处理器上的某个I/O口或储存单元出现故障、单个地址线断路、相邻地址线短路以及地址线间的串扰都会导致激光气体检测系统在运行过程中可能出现各种失效模式，检测结果出现失误问题，自诊断模块可降低因核心器件故障造成检测错误的概率。

发明内容

针对目前激光气体检测设备受环境影响大、无法满足客户需求，且无法对核心部件进行自诊断的技术问题，本发明提出带自诊断功能的激光气体检测系统及气体实时校准方法，解决了传统激光气体检测系统检测效率低、结果不准确的问题，提升了激光气体检测系统的智能化程度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：带自诊断功能的激光气体检测系统，其特征在于：包括依次串联连接的检测单元、多路放大滤波单元、信号处理单元、缩放平移单元和激光驱动单元，激光驱动单元与检测单元相连接；检测单元实现在线激光气体检测实时校准，信号处理单元与检测单元完成系统自诊断。

所述信号处理单元包括处理器、DAC、ADC和模拟开关，DAC、ADC和模拟开关均与处理器相连接，模拟开关与ADC相连接，DAC与缩放平移单元相连，模拟开关与多路放大滤波单元相连接，处理器与显示屏相连接。

所述处理器的A5地址线与DAC的CS地址线相连，处理器的A7地址线与DAC的WR地址线相连，DAC的DB0-DB15地址线和ADC的DB0-DB15地址线均与处理器的D0-D15地址线相连，处理器的A6地址线与ADC的CS地址线相连，处理器的A4地址线与ADC的RD地址线相连，处理器的A3地址线与ADC的CONVST地址线相连，处理器的CLKOUT地址线与ADC的CLKIN地址线相连，处理器的A1地址线与模拟开关的A0地址线相连，处理器的A2地址线与模拟开关的A1地址线相连，处理器的A6地址线与模拟开关的EN地址线相连，模拟开关通过D地址线与ADC相连。

所述检测单元包括激光器、激光分路器、标气储存单元、参考探测器和主路探测器，激光器的输入端与激光驱动单元相连，激光器的输出端与激光分路器的输入端相连，激光分路器的输出端口Ⅰ发射的激光穿过环境中待检测气体后被主路探测器接收，激光分路器的输出端口Ⅰ与主路探测器在同一水平线上；激光分路器的输出端口Ⅱ发射的激光穿过标气储存单元后被参考探测器接收，激光分路器的输出端口Ⅱ与参考探测器在同一水平线上；主路探测器和参考探测器均与多路放大滤波单元相连接。

所述系统自诊断的实现方法为：处理器完成地址线短路、断路与地址线间串扰的诊断，利用处理器、DAC、ADC、模拟开关与激光器完成DAC、ADC、模拟开关与激光器的故障自诊断。

短路或断路的诊断利用处理器内部原理，通过在地址线中写入测试数据，再对写入测试数据的地址以及相邻地址进行回读，根据回读判断处理器的地址线是否有断路或短路的情况，若存在短路或断路情况，系统显示屏上显示控制线故障，提示返厂维修；地址线间串扰的诊断方法为时间冗余法，利用信号处理单元对功能安全相关数据采取多次重复读取方式，若多次读取的数据中出现不同值，则认为地址线之间存在干扰，当检测到干扰后，系统显示屏上显示控制线故障，提示返厂维修。

所述处理器的SRAM地址从0X20000000开始；

关闭处理器的全局中断，备份0X20000000地址处的内容，并向0X20000000地址处写入测试数据0x55，随后回读0X20000000地址处内容是否等于0x55，若0X20000000地址处的地址内容不是0x55，测试结果异常，则采取异常处理措施，若0X20000000地址处的地址内容为0x55，则0X20000000地址处是正常的，处理器清除0X20000000地址处内测试数据，并依次对A0—A15的地址线输入测试数据并回读，检测是否存在异常；

对处理器的A0地址线进行测试，备份A1地址处的内容，向A1地址处写入测试数据0xAA，如果A0地址处断线，则测试数据0xAA将写入到0x20000000地址处，回读0x20000000地址处的内容，若0x20000000地址处的内容为0xAA即可判定A0地址线断线；如果A0和A1短路，则将测试数据0xAA写入到A3地址处，若回读A1、A2或A3地址处的内容都为0xAA，即可判定A0和A1短路；在测试A0地址线无问题后，恢复A1地址处的内容，如果测试异常，则采取异常处理措施；

对处理器的A1地址线进行测试，备份A2地址处的内容，向A2地址处写入测试数据0xAA，如果A1地址线断线，则将测试数据0xAA写入到A0地址处，回读A0地址处的内容，若A0地址处的内容为0xAA即可判定A0地址线断路；如果A0和A1短路，则将测试数据0xAA写入到A3地址处，回读A1、A2或A3地址处的内容都为0xAA，即可判定A0和A1短路，如果A1和A2地址线短路，则测试数据0xAA将写入到A6地址处，若回读A2、A4或A6地址处的内容都为0xAA，即可判定A1和A2地址线短路；在A1地址线测试无问题后，恢复A2地址线内容，如果测试异常，则采取异常处理措施；

依次类推，分别测试A2-A15地址线，全部测试完成后，恢复0x20000000地址处的内容。

利用信号处理单元进行ADC故障诊断：控制模拟开关提供固定电压值，并控制ADC进行模数转换，处理器读取转换后的数据并反演出采集到的电压值，并对比采集到的电压值是否和固定电压值相同；若相同则ADC正常，若不同，则ADC故障，显示屏提示系统核心部件ADC损坏，提示返厂维修；

利用信号处理单元进行DAC故障诊断：处理器内部的ADC对DAC输出的激光器驱动波形进行采集，并与处理器内部存储的激光器驱动波形进行数据一对一的比较，若比较结果完全相同，则DAC正常，若有一处或多处数据点异常，则利用ADC再次对DAC输出的激光器驱动波形进行采集，接着再次进行一对一的比较，若比较结果仍然异常，则显示屏显示核心部件DAC损坏，提示返厂维修；

利用信号处理单元与检测单元进行激光器故障诊断：处理器控制模拟开关处于参考放大滤波电路状态，使ADC采集参考探测器的光电信号，并利用数字锁相放大算法对光电信号进行处理，计算出参考气室内已知浓度气体的一次谐波、二次谐波值以及二次谐波最大值位置所对应的值；若计算所得一次谐波值小于预设光功率值，则激光器输出光功率异常，若二次谐波最大值对应的位置值超出预设范围值，则激光器输出中心波长异常，当激光器输出数据异常，则在显示屏上显示激光器部件损坏，提示返厂维修。

利用激光对检测单元对标气与环境中待检测气体进行照射检测，并进行检测、分析与对比，根据对比结果对检测单元的标定系数进行调节。

激光对检测单元中的参考探测器对标气储存单元内标气进行检测，根据处理器出厂时存储标定系数K_m0反演计算标气储存单元气体浓度Ⅰ，与预设已知气体浓度Ⅱ进行比较；若相同，则主路探测器信号仍然根据出厂时存储的标定系数K_m0计算检测到的气体浓度，若不同，则用计算所得气体浓度Ⅰ除以预设已知气体浓度Ⅱ设为主路光电信号的补偿系数；

同时通过激光驱动单元产生激光器驱动信号，对激光器进行温度和电流调制，随后通过多路滤波放大单元对探测信号进行处理，利用处理器分时或同时对收集到的探测器信号进行滤波、锁相放大并得出一次谐波和二次谐波，再根据出厂时存储的标定系数K_m0反演计算出待测气体浓度Ⅲ；当标气储存单元计算所得气体浓度Ⅰ与预设已知气体浓度Ⅱ相同时，显示屏输出当前待检测气体浓度Ⅲ；当标气储存单元计算所得气体浓度Ⅰ与预设已知气体浓度Ⅱ不同时，将待检测气体浓度Ⅲ与补偿系数相乘得出待检测气体浓度Ⅳ，并将待检测气体浓度Ⅳ作为结果通过显示屏输出。

采用上述结构的本发明，通过自判断方法，利用信号处理单元对系统核心元件进行监测，对地址线进行逐一监测，判断处理器等核心元件是否短路、断路，降低系统因电路部件而判断失误的概率，提高系统智能化程度。利用时间冗余法对信号处理单元中的安全相关数据进行多次读取，并对数据内容进行比对，判断多次读取的数据间是否存在不同，以检测地址线之间是否存在干扰，提高了系统检测的准确化程度。通过利用检测单元对标准气体与环境中气体进行监测对比，并将收集到的信息通过多路放大滤波单元进行滤波放大处理，随后将信号传输至信号处理单元进行分析检测，通过激光气体检测实时校准方法判断主路探测器标定系数是否需要调整，从而完成对检测单元的实时校准，提高了系统对环境的适应能力，进一步提升用户使用体验。

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获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的运行原理图。

图3为本发明的信号处理单元的自诊断运行原理图，其中，（a）为地址线初步异常排查运行原理图，（b）为A0地址线异常处理措施运行原理图，（c）为A1地址线异常处理措施运行原理图。

图4为本发明的激光气体检测实时校准方法流程图。

图中，1为激光器，2为激光分路器，3为标气储存单元，4为参考探测器，5为主路探测器，6为多路放大滤波单元，7为激光驱动单元，8为缩放平移单元，9为信号处理单元，10为处理器，11为DAC，12为ADC，13为模拟开关，14为检测单元。

具体实施方式

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付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。

实施例1

如图1所示，本发明一种带自诊断功能的激光气体检测系统，包括依次串联连接的检测单元14、多路放大滤波单元6、信号处理单元9、缩放平移单元8和激光驱动单元7，激光驱动单元与检测单元14相连接。

其中，检测单元14主要利用激光对标准气体以及待检测气体进行检验探测。多路放大滤波单元6为巴特沃斯带通滤波放大电路，一路为参考放大滤波电路，两路为主路放大滤波电路，参考放大滤波电路与主路放大滤波电路均与信号处理单元9的模拟开关13相连。信号处理单元9的主要作用为对自身核心元件进行自诊断运行，判断地址线是否有断路、短路和损坏现象，同时控制激光气体检测系统14对环境内气体进行检测与标定系数的实时校准。该信号单元处理单元9包括处理器10、DAC11、ADC12和模拟开关13，DAC11、ADC12和模拟开关13均与处理器10相连接，模拟开关13与ADC12相连接，DAC11与缩放平移单元8相连，模拟开关13与多路放大滤波单元6相连接。具体的，处理器10的A5地址线与DAC11的CS地址线相连，处理器10的A7地址线与DAC11的WR地址线相连，DAC11的DB0-DB15地址线和ADC12的DB0-DB15地址线均与处理器10的D0-D15地址线相连，处理器10的A6地址线与ADC12的CS地址线相连，处理器10的A4地址线与ADC12的RD地址线相连，处理器10的A3地址线与ADC12的CONVST地址线相连，处理器10的CLKOUT地址线与ADC12的CLKIN地址线相连，处理器10的A1地址线与模拟开关13的A0地址线相连，处理器10的A2地址线与模拟开关13的A1地址线相连，处理器10的A6地址线与模拟开关13的EN地址线相连，模拟开关13通过D地址线与ADC12相连。其中，处理器10的A0、A1地址线用于选择四路滤波放大后的信号哪一路通过，A2地址线为ADC转换的控制引脚，高电平使能ADC进行模数转换，低电平禁止ADC进行模数转换，A3地址线为处理器10读取ADC转换结果使能引脚，低电压使能、高电平禁止，A4地址线为ADC片选引脚，低电平选中ADC、高电平释放ADC，A5地址线为DAC片选引脚，低电平选中DAC器件、高电平释放DAC，A6地址线为模拟开关的使能引脚，A7地址线为处理器往DAC写激光器驱动波形数据使能引脚，低电平使能、高电平禁止，CLKOUT用于处理器通过分频、倍频配置输出一个时钟信号给ADC12，当做ADC12进行模数转换的时钟基准，DB0-DB15为数据总线，用于写或读数据。其中，处理器10的主要作用为对系统数据进行分析计算，检测标定系数是否需要校准，DAC11的主要作用为将处理器输出的数字信号转换为模拟信号，ADC12的主要作用为将输入的模拟信号转化为处理器10可处理计算的数字信号；模拟开关13可选用ADG704，该模拟开关13的开关S0和S1分别连接多路滤波单元6的主路放大滤波电路，开关S2连接多路滤波单元6的参考放大滤波电路，S3为固定电压值，用于ADC12的诊断。缩放平移单元8的主要作用为利用手动电位器或数字电位器对DAC11输出的激光器驱动波形进行直流量和正弦波调制信号幅值的手动或自动调整；激光驱动单元7为对检测单元14所发射激光进行控制的微控制器激光驱动单元，该激光驱动单元7为运放和三极管或MOS管搭建的恒流源激光器驱动电路。

检测单元14包括激光器1、激光分路器2、标气储存单元3、参考探测器4和主路探测器5。其中，激光器1可选用DFB、ICL、QCL激光器等，该激光器1的主要作用为根据激光驱动单元7传输的信息发射激光，激光器1的输入端与激光驱动单元7相连；激光分路器2的主要作用为将激光器1发射出的一路激光分散为两路激光，激光分路器2的输入端与激光器1输出端相连；激光通过空间中待检测气体后由主路探测器5进行收集，并根据激光衰减程度进行分析，激光分路器2的输出端口Ⅰ与主路探测器5在同一水平线上。标气储存单元3为检测储存标准气体的元件。激光通过标气储存单元3后由参考探测器4进行收集，并根据激光衰减程度进行分析，激光分路器2输出端口Ⅱ发射的激光穿过标气储存单元3后被参考探测器4接收，激光分路器2的输出端口Ⅱ与参考探测器4在同一水平线上。参考探测器4和主路探测器5均与多路滤波单元6相连接。

具体的，如图2所示，首先搭建激光器参数优化调整平台，确定激光器1的最佳驱动波形，并参照所选激光器1数据手册调整缩放平移单元8的平移量、缩放倍数产生最佳激光器驱动信号，随后搭建高低温试验箱和各浓度标气对检测单元进行标定并在处理器里存储标定系数并完成系统初始化，在进行空间中待测气体检测前首先对处理器10的地址线进行短路、断路检测，若存在故障，系统显示屏上显示控制线故障，提示返厂维修。利用信号处理单元9对功能安全相关数据采取多次重复读取方式，利用时间冗余法对地址线间的串扰进行诊断，如多次读取的数据中出现不同值，则认为地址线之间存在干扰，当检测到干扰后，系统显示屏上显示控制线故障，提示返厂维修。

在完成处理器10检测后，利用信号处理单元9与检测单元14对ADC12、DAC11、激光器1进行故障诊断。具体的，利用信号处理单元9对ADC12进行故障诊断，控制模拟开关13提供固定电压值，并控制ADC12进行模数转换，处理器10读取转换后的数据并反演出采集到的电压值，并对比采集到的电压值是否和固定电压值相同，若相同则ADC10正常，若不同，则ADC12故障，显示屏提示系统核心部件ADC12损坏，提示返厂维修。利用信号处理单元9进行DAC11故障诊断，利用处理器10内部的ADC对DAC11输出的激光器驱动波形进行采集，并与处理器10内部存储的激光器驱动波形进行数据一对一的比较，若比较结果完全相同，则DAC11正常，若有一处或多处数据点异常，则利用ADC12再次对DAC11输出的激光器驱动波形进行采集，接着再次进行一对一的比较，若比较结果仍然异常，则显示屏显示核心部件DAC11损坏，提示返厂维修。利用信号处理单元9与检测单元14进行激光器1故障诊断，通过处理器10控制模拟开关13处于参考放大滤波电路状态，使能ADC12采集参考探测器的光电信号，并利用数字锁相放大算法对光电信号进行处理，计算出参考气室内已知浓度气体的一次谐波、二次谐波值以及二次谐波最大值位置所对应的值，若计算所得一次谐波值小于预设光功率值，则激光器输出光功率异常，若二次谐波最大值对应的位置值超出预设范围值，则激光器1输出中心波长异常，当激光器输出数据异常，则在显示屏上显示激光器1部件损坏，提示返厂维修。

在完成DAC11、ADC12与激光器的故障诊断确认系统硬件正常后，通过缩放平移单元8对DAC11输出的激光器驱动波形进行直流量和正弦波调制信号幅值调整，并通过激光驱动单元7驱动激光器1发射检测激光，检测激光射入激光分路器2后被分为多路，其中一路穿过环境中待检测气体后射入主路探测器5，一路射线穿过标气储存单元3后射入参考探测器4，随后主路探测器5对激光进行分析检测后得出信号Ⅰ，参考探测器4对射入激光进行分析处理后得出信号Ⅱ。信号Ⅰ与信号Ⅱ经多路放大滤波单元6处理后进入信号处理单元9，信号处理单元9首先对信号Ⅱ利用锁相放大算法求2f/1f、根据标定系数反演计算浓度、和已知气体浓度比较进而判断主路是否需要进行在线实时校准，若需要校准就校准，接着利用锁相放大算法对信号Ⅰ进行计算、根据出厂时存储标定系数和补偿系统计算浓度并输出，若不需要校准、对信号Ⅰ进行计算出的浓度直接输出，当浓度大于报警阈值时进行声光报警。

实施例2

如图3所示，本发明一种带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，通过在地址线中写入测试数据，再对写入数据的地址以及相邻地址进行回读，根据回读判断处理器10的地址线是否有断路或短路的情况。处理器10的SRAM的地址从A0地址线开始。

关闭处理器10的全局中断，备份A0地址处的内容，并向A0地址处写入测试数据0x55，随后回读A0地址处内容是否等于0x55，若A0地址处的地址内容不是0x55，测试结果异常，则采取异常处理措施；若A0地址处的地址内容为0x55，则A0地址处是正常的，处理器10清除A0地址处内测试数据，并依次对A0—A15的地址线输入测试数据并回读，检测是否存在异常。

测试结果异常后，对处理器10的A0地址线进行测试，备份A1地址处的内容，向A1地址处写入测试数据0xAA，如果A0地址线断线，则测试数据0xAA将写入到A0地址处，回读A0地址处的内容，若A0地址处的内容为0xAA即可判定A0地址线断线；如果A0和A1短路，则将测试数据0xAA写入到A3地址处，若回读A1、A2或A3地址处的内容都为0xAA，即可判定A0和A1短路，在测试A0地址线无问题后，恢复A1地址线内容，如果测试异常，则采取异常处理措施。

对处理器10的A1地址线进行测试，备份A2地址处的内容，向A2地址处写入测试数据0xAA，如果A1地址线断线，则测试数据0xAA将写入到A0地址处，回读A0地址处的内容，若A0地址处的内容为0xAA即可判定A0断线，如果A0和A1短路，则测试数据0xAA将写入到A3地址处，则回读A1、A2或A3地址处的内容都为0xAA，即可判定A0和A1短路；如果A1和A2短路，则将测试数据0xAA写入到A6地址处，若回读A2、A4或A6地址处的内容都为0xAA，即可判定A1和A2地址线短路，在A1地址线测试无问题后，恢复A2地址线内容，如果测试异常，则采取异常处理措施；

依次类推，分别测试A2—A15地址线，全部测试完成后，恢复A0地址处的内容。

其他结构和原理与实施例1相同。

实施例3

如图4所示，本发明带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，利用激光对检测单元14对标气与环境中待检测气体进行照射检测，并进行检测、分析与对比，根据对比结果对检测单元14的标定系数进行调节；

具体实施方法为对标气储存单元3内标气进行检测，根据处理器出厂时存储标定系数K_m0反演计算标气储存单元3气体浓度Ⅰ，与预设已知气体浓度Ⅱ进行比较，若相同，则主路探测器信号5仍然根据出厂时存储的标定系数K_m0计算检测到的气体浓度，若异同，则用计算所得气体浓度Ⅰ除以预设已知浓度Ⅱ设为主路光电信号的补偿系数；

同时通过激光驱动单元7产生激光器驱动信号，对激光器1进行温度和电流调制，随后通过多路滤波放大单元6对探测信号进行处理，利用处理器10分时或同时对收集到的探测器信号进行滤波、锁相放大并得出一次谐波、二次谐波，再根据出厂时存储的标定系数K_m0反演计算出待测气体浓度Ⅲ，当标气储存单元3计算所得浓度Ⅰ与预设已知气体浓度Ⅱ相同时，显示屏输出当前待检测气体浓度Ⅲ，当标气储存单元3计算所得浓度Ⅰ与预设已知气体浓度Ⅱ不同时，将待检测气体浓度Ⅲ与补偿系数相乘得出待检测气体浓度Ⅳ，并将待检测气体浓度Ⅳ作为结果通过显示屏输出。

其他结构和原理与实施例2相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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.带自诊断功能的激光气体检测系统，其特征在于：包括依次串联连接的检测单元（14）、多路放大滤波单元（6）、信号处理单元（9）、缩放平移单元（8）和激光驱动单元（7），激光驱动单元（7）与检测单元（14）相连接；

检测单元（14）实现在线激光气体检测实时校准，信号处理单元（9）与检测单元（14）完成系统自诊断。

2.根据权利要求1所述的带自诊断功能的激光气体检测系统，其特征在于：所述信号处理单元（9）包括处理器（10）、DAC（11）、ADC（12）和模拟开关（13），DAC（11）、ADC（12）和模拟开关（13）均与处理器（10）相连接，模拟开关（13）与ADC（12）相连接，DAC（11）与缩放平移单元（8）相连，模拟开关（13）与多路放大滤波单元（6）相连接，处理器（10）与显示屏相连接。

3.根据权利要求2所述的带自诊断功能的激光气体检测系统，其特征在于：所述处理器（10）的A5地址线与DAC（11）的CS地址线相连，处理器（10）的A7地址线与DAC（11）的WR地址线相连，DAC（11）的DB0-DB15地址线和ADC（12）的DB0-DB15地址线均与处理器（10）的D0-D15地址线相连，处理器（10）的A6地址线与ADC（12）的CS地址线相连，处理器（10）的A4地址线与ADC（12）的RD地址线相连，处理器（10）的A3地址线与ADC（12）的CONVST地址线相连，处理器（10）的CLKOUT地址线与ADC（12）的CLKIN地址线相连，处理器（10）的A1地址线与模拟开关（13）的A0地址线相连，处理器（10）的A2地址线与模拟开关（13）的A1地址线相连，处理器（10）的A6地址线与模拟开关（13）的EN地址线相连，模拟开关（13）通过D地址线与ADC（12）相连。

4.根据权利要求2或3所述的带自诊断功能的激光气体检测系统，其特征在于：所述检测单元（14）包括激光器（1）、激光分路器（2）、标气储存单元（3）、参考探测器（4）和主路探测器（5），激光器（1）的输入端与激光驱动单元（7）相连，激光器（1）的输出端与激光分路器（2）的输入端相连，激光分路器（2）的输出端口Ⅰ发射的激光穿过环境中待检测气体后被主路探测器（5）接收，激光分路器（2）的输出端口Ⅰ与主路探测器（5）在同一水平线上；激光分路器（2）的输出端口Ⅱ发射的激光穿过标气储存单元（3）后被参考探测器（4）接收，激光分路器（2）的输出端口Ⅱ与参考探测器（4）在同一水平线上；主路探测器（5）和参考探测器（4）均与多路放大滤波单元（6）相连接。

5.根据权利要求4中所述的带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，其特征在于：所述系统自诊断的实现方法为：处理器（10）完成地址线短路、断路与地址线间串扰的诊断，利用处理器（10）、DAC（11）、ADC（12）、模拟开关（13）与激光器（1）完成DAC（11）、ADC（12）、模拟开关（13）与激光器（1）的故障自诊断。

6.根据权利要求5中所述的带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，其特征在于：短路或断路的诊断利用处理器（10）内部原理，通过在地址线中写入测试数据，再对写入测试数据的地址以及相邻地址进行回读，根据回读判断处理器（10）的地址线是否有断路或短路的情况，若存在短路或断路情况，系统显示屏上显示控制线故障，提示返厂维修；

地址线间串扰的诊断方法为时间冗余法，利用信号处理单元（9）对功能安全相关数据采取多次重复读取方式，若多次读取的数据中出现不同值，则认为地址线之间存在干扰，当检测到干扰后，系统显示屏上显示控制线故障，提示返厂维修。

7.根据权利要求5或6所述的带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，其特征在于：所述处理器（10）的SRAM地址从0X20000000开始；

关闭处理器（10）的全局中断，备份0X20000000地址处的内容，并向0X20000000地址处写入测试数据0x55，随后回读0X20000000地址处内容是否等于0x55，若0X20000000地址处的地址内容不是0x55，测试结果异常，则采取异常处理措施，若0X20000000地址处的地址内容为0x55，则0X20000000地址处是正常的，处理器（10）清除0X20000000地址处内测试数据，并依次对A0—A15的地址线输入测试数据并回读，检测是否存在异常；

对处理器（10）的A0地址线进行测试，备份A1地址处的内容，向A1地址处写入测试数据0xAA，如果A0地址处断线，则测试数据0xAA将写入到0x20000000地址处，回读0x20000000地址处的内容，若0x20000000地址处的内容为0xAA即可判定A0地址线断线；如果A0和A1短路，则将测试数据0xAA写入到A3地址处，若回读A1、A2或A3地址处的内容都为0xAA，即可判定A0和A1短路；在测试A0地址线无问题后，恢复A1地址处的内容，如果测试异常，则采取异常处理措施；

对处理器（10）的A1地址线进行测试，备份A2地址处的内容，向A2地址处写入测试数据0xAA，如果A1地址线断线，则将测试数据0xAA写入到A0地址处，回读A0地址处的内容，若A0地址处的内容为0xAA即可判定A0地址线断路；如果A0和A1短路，则将测试数据0xAA写入到A3地址处，回读A1、A2或A3地址处的内容都为0xAA，即可判定A0和A1短路，如果A1和A2地址线短路，则测试数据0xAA将写入到A6地址处，若回读A2、A4或A6地址处的内容都为0xAA，即可判定A1和A2地址线短路；在A1地址线测试无问题后，恢复A2地址线内容，如果测试异常，则采取异常处理措施；

依次类推，分别测试A2-A15地址线，全部测试完成后，恢复0x20000000地址处的内容。

8.根据权利要求5所述的带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，其特征在于：利用信号处理单元（9）进行ADC（12）故障诊断：控制模拟开关（13）提供固定电压值，并控制ADC（12）进行模数转换，处理器（10）读取转换后的数据并反演出采集到的电压值，并对比采集到的电压值是否和固定电压值相同；若相同则ADC（10）正常，若不同，则ADC（12）故障，显示屏提示系统核心部件ADC（12）损坏，提示返厂维修；

利用信号处理单元（9）进行DAC（11）故障诊断：处理器（10）内部的ADC对DAC（11）输出的激光器驱动波形进行采集，并与处理器（10）内部存储的激光器驱动波形进行数据一对一的比较，若比较结果完全相同，则DAC（11）正常，若有一处或多处数据点异常，则利用ADC（12）再次对DAC（11）输出的激光器驱动波形进行采集，接着再次进行一对一的比较，若比较结果仍然异常，则显示屏显示核心部件DAC（11）损坏，提示返厂维修；

利用信号处理单元（9）与检测单元（14）进行激光器（1）故障诊断：处理器（10）控制模拟开关（13）处于参考放大滤波电路状态，使ADC（12）采集参考探测器的光电信号，并利用数字锁相放大算法对光电信号进行处理，计算出参考气室内已知浓度气体的一次谐波、二次谐波值以及二次谐波最大值位置所对应的值；若计算所得一次谐波值小于预设光功率值，则激光器输出光功率异常，若二次谐波最大值对应的位置值超出预设范围值，则激光器（1）输出中心波长异常，当激光器输出数据异常，则在显示屏上显示激光器（1）部件损坏，提示返厂维修。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的带自诊断功能的激光气体检测系统的气体实时校准方法，其特征在于：利用激光对检测单元（14）对标气与环境中待检测气体进行照射检测，并进行检测、分析与对比，根据对比结果对检测单元（14）的标定系数进行调节。

10.根据权利要求9中所述的气体实时校准方法，其特征在于：激光对检测单元（14）中的参考探测器对标气储存单元（3）内标气进行检测，根据处理器出厂时存储标定系数Km0反演计算标气储存单元（3）气体浓度Ⅰ，与预设已知气体浓度Ⅱ进行比较；若相同，则主路探测器信号（5）仍然根据出厂时存储的标定系数Km0计算检测到的气体浓度，若不同，则用计算所得气体浓度Ⅰ除以预设已知气体浓度Ⅱ设为主路光电信号的补偿系数；

同时通过激光驱动单元（7）产生激光器驱动信号，对激光器（1）进行温度和电流调制，随后通过多路滤波放大单元（6）对探测信号进行处理，利用处理器（10）分时或同时对收集到的探测器信号进行滤波、锁相放大并得出一次谐波和二次谐波，再根据出厂时存储的标定系数Km0反演计算出待测气体浓度Ⅲ；当标气储存单元（3）计算所得气体浓度Ⅰ与预设已知气体浓度Ⅱ相同时，显示屏输出当前待检测气体浓度Ⅲ；当标气储存单元（3）计算所得气体浓度Ⅰ与预设已知气体浓度Ⅱ不同时，将待检测气体浓度Ⅲ与补偿系数相乘得出待检测气体浓度Ⅳ，并将待检测气体浓度Ⅳ作为结果通过显示屏输出。

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