CN115389457A - 基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统 - Google Patents

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CN115389457A CN202210909602.3A CN202210909602A CN115389457A CN 115389457 A CN115389457 A CN 115389457A CN 202210909602 A CN202210909602 A CN 202210909602A CN 115389457 A CN115389457 A CN 115389457A
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李志刚
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Abstract

本发明提供了一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统，所述方法包括以下步骤：读取一个检测周期T内得到的待分析信号，将待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，在确定待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；在确定待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于待分析区域Ⅰ和待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在确定待分析区域Ⅰ和待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算。本发明通过动态选取锁相放大计算的区域，降低误报警概率。

Description

基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统
技术领域
本发明涉及开放式激光气体检测技术领域，具体的说，涉及了一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统。
背景技术
传统的便携式甲烷检测仪是将探测器与燃气接触后检测，这种方法不仅检测效率低，速度慢，在实际应用中也受到限制，例如当检测的管道或者设施难以到达，或者对密闭房间的燃气管道巡检时，传统的便携式检测仪很难应用。因此，市场出现了开放式激光气体检测系统。
开放式激光气体检测系统采用可调谐半导体激光吸收光谱技术，通过激光器向目标点（气体管道、天花板、墙体、地板、地面等）发射激光束，该激光束会被地表或者墙面等背景物体漫反射，漫反射光经过系统汇聚透镜收集后，由探测器接收并转换为电信号，实现在大范围内对目标气体（如甲烷等）连续同时实时监测。因此，开放式激光气体检测系统能够进行远距离遥测，不用人员靠近泄露点，即可检测到气体泄露，具有响应速度快、非接触测量、防爆及抗电磁干扰强等优点，特别适用于人员难以到达区域的泄露检测，如：架空管道、立管、埋地管线、狭窄空间中的管道等。
需要说明的是，可调谐半导体激光吸收光谱技术TDLAS（全称Tunable DiodeLaser Absorption Spectrometry），利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量，主要包括直接吸收技术和波长调制技术：
1）直接吸收技术（TDLAS-DAS）
直接在激光器上输入扫描的电流以调节激光器产生扫描激光，在检测端直接检测吸收光谱的吸收信号，获得气体的浓度值，但在低浓度吸收情况下误差较大；
2）波长调制技术（TDLAS-WMS）
波长调制技术包括调制-驱动发光-吸收-接收转换，将低频扫描锯齿波和高频调制正弦波同时加载至激光器上，通过正弦波调制去除部分低频噪声；被调制的激光光束被气体吸收后到达探测器，由探测器进行光电转换，并利用锁相放大器解调出回波各阶次谐波信号，进行气体浓度计算。波长调制技术减少了直接吸收所包含的噪声，在痕量气体检测中应用广泛。
因此，开放式激光气体检测系统通常利用波长调制光谱技术和谐波检测技术对气体进行检测，并基于二次谐波与浓度之间的线型关系得到气体浓度；为了消除光强波动等因素带来的干扰，也可用锁相放大技术对回波一次谐波信号和二次谐波信号进行检测，利用二次谐波与一次谐波的幅值比，反演计算出气体浓度。其中，锁相放大技术包括硬件锁相和软件锁相，硬件锁相通常利用锁相放大器，软件锁相使用的是软件实现的数字式锁相放大算法，如《基于软件锁相的TDLAS光纤混合式气体传感关键技术研究》中“基于软件锁相的TDLAS 气体检测理论研究”部分。
然而，由于测量距离远，开放式激光气体检测系统接收的是漫反射回波信号，光信号非常微弱，有时候噪声甚至会淹没真实的气体浓度信息，严重影响了系统检测气体的灵敏度和准确性，因此，为提高检测精度，现有技术中通常采用相应的降噪算法对采集的信号进行处理。
现有降噪算法通常在锁相放大之后，利用一些优化算法进行降噪，通常在得到二次谐波信号后，利用一些算法（如最小二乘法、小波分析）对二次谐波信号进行降噪。然而，这些算法针对的是基于整个采样周期检测到的谐波信号，虽然经过降噪处理，但在实际使用过程中，仍然存在因反射物（如水泥路、石子路、路边建筑物上窗户玻璃、各种瓷砖等各种环境因素）的影响导致气体检测结果不准确，进而引发误报警的问题。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，所述方法包括以下步骤：
读取一个检测周期T内得到的待分析信号；其中，所述待分析信号为待分析的回波信号；
将所述待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，所述待分析区域Ⅰ对应一个检测周期T的采样起始点至第N个采样点，所述待分析区域Ⅱ对应一个检测周期T的第N+1个采样点至第M个采样点，所述待分析区域Ⅲ对应一个检测周期T的第M+1个采样点至采样结束点；其中，M＞N+1；
在确定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
在确定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；
在确定所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；
在所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均合格时，基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
在进行锁相放大计算后，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算出待测气体浓度值。
本发明第二方面提供一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统，其包括数据读取模块、区域划分模块、区域Ⅰ回波信号质量检测模块、区域Ⅲ回波信号质量检测模块、锁相放大模块和待测气体浓度计算模块，其中，
所述数据读取模块，用于读取一个检测周期T内得到的待分析信号，并传输至所述区域划分模块；其中，所述待分析信号为待分析的回波信号；
所述区域划分模块，用于将所述待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，所述待分析区域Ⅰ对应一个检测周期T的采样起始点至第N个采样点，所述待分析区域Ⅱ对应一个检测周期T的第N+1个采样点至第M个采样点，所述待分析区域Ⅲ对应一个检测周期T的第M+1个采样点至采样结束点；其中，M＞N+1；
所述区域Ⅰ回波信号质量检测模块，用于读取待分析区域Ⅰ的目标回波信号，并检测待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格；
所述区域Ⅲ回波信号质量检测模块，用于读取待分析区域Ⅲ的目标回波信号，并检测待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格；
所述锁相放大模块，用于在确定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；在确定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在确定所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均合格时，基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
所述待测气体浓度计算模块，用于在进行锁相放大计算后，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算出待测气体浓度值。
本发明第三方面提供一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测设备，其包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测程序，所述基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测程序被所述处理器执行时，实现如上述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的步骤。
本发明第四方面提供一种可读存储介质，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如上述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的步骤。
本发明的有益效果为：
1）本发明提出一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统，将一个检测周期T内的待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，并检测待分析区域Ⅰ和待分析区域Ⅲ的信号质量是否合格，根据信号质量检测结果动态选取待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ中的某几个区域进行锁相放大计算，再提取出所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算待测气体浓度；从而动态剔除待分析信号中部分异常信号，有效解决因反射物水泥路、石子路、路边建筑物上窗户玻璃、各种瓷砖等各种环境因素引起待测气体浓度计算结果异常的问题，进而降低误报警概率；
2）在基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ、或者所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ、或者所述待分析区域Ⅱ、或者所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ，进行锁相放大计算之前，还增设检测所述待分析区域Ⅱ的信号质量的步骤，以判断所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号是否出现畸变，若未出现畸变，则不再进行锁相放大计算，从而在提高检测精度的基础上，降低计算量，提高检测效率；
3）本发明在动态选取待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ中的某几个区域进行锁相放大计算时，采用数字式锁相放大算法进行软件锁相，简化了电路结构，并有效提高检测精确度；
4）本发明基于气体泄漏、扩散模型，根据现场环境实时动态进行基线调整，提高气体检测精度；以基线值对待测气体浓度进行修正，并结合多项式拟合方法，也可消除因外界环境因素导致的不满足正常气体泄漏模型的异常数据，进而降低气体检测误报率。
附图说明
图1是本发明的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的流程示意图一；
图2是本发明的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的流程示意图二；
图3是本发明的低误报率的开放式激光气体检测方法的流程示意图；
图4是开放式激光气体检测系统的结构示意图；
图5是本发明的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统的结构示意图一；
图6是本发明的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统的结构示意图二；
图7是检测待测气体时的回波信号波形示意图（横坐标为点数或时间，纵坐标为幅值，单位为mV）；
图8是图7中一个检测周期T的目标回波信号波形示意图（横坐标为点数或时间，纵坐标为幅值，单位为mV）。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图4示出了开放式激光气体检测系统的结构示意图，所述开放式激光气体检测系统包括激光器、激光器驱动电路、激光器温控电路、探测器、I/V转换电路、信号放大滤波电路、信号采集电路、处理器、无线通讯电路、远程在线云平台等；激光器的输出波长具有可调谐特性，电流和电压均可对其进行调谐；激光器温控电路使激光器温度稳定在某一温度（如25℃）下，激光器的输出波长基本不受外界温度变化的影响。
其中，所述激光器用于发出激光束，所述激光器驱动电路采用锯齿波（或者三角波、方波、横线然后斜向上、或横线然后斜向下等）叠加正弦波的驱动波形，对激光器发出的激光束进行调制；调制后的激光束经背景物体漫反射后，被所述探测器吸收，所述探测器对接收到的光信号进行光电转换，所述I/V转换电路将探测器输出的电流信号转换为电压信号，所述信号放大滤波电路对I/V转换电路输出的电压信号进行滤波处理，所述信号采集电路将滤波处理后的模拟信号转换为数字信号，作为待分析的回波信号。
实施例1
附图1示出了一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
读取一个检测周期T内得到的待分析信号；其中，所述待分析信号为待分析的回波信号；
将所述待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，所述待分析区域Ⅰ对应一个检测周期T的采样起始点至第N个采样点，所述待分析区域Ⅱ对应一个检测周期T的第N+1个采样点至第M个采样点，所述待分析区域Ⅲ对应一个检测周期T的第M+1个采样点至采样结束点；
在确定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据提取出的所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算得到待测气体浓度值；
在确定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据提取出的所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算得到待测气体浓度值；
在确定所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据提取出的所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算得到待测气体浓度值；
在所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均合格时，基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据提取出的所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算得到待测气体浓度值。
其中，M为N均为大于等于1的自然数，M＞N+1，如附图8所示；
需要说明的是，在一个检测周期内，激光器在特定时刻输出特定波长激光，激光中心波长被预先调节到待测气体的吸收谱线；经过所述激光器驱动电路调制后，激光器输出的激光波长在待测气体的吸收谱线附近周期性变化；
因此，根据检测周期T、激光中心波长对应的时刻等，在出厂之前预先配置N和M的值；N和M的值在配置时会留够冗余量，并根据实际情况进行修改。
具体的，所述检测周期T与所述激光器驱动电路的驱动波形中基波（锯齿波、三角波等）的周期T相同，所述三角波的周期T大于所述正弦波的周期T0。
在一种具体实施方式中，以甲烷激光器为例，其输出激光束的中心波长为1653.7nm，锯齿波的作用是使激光器输出波长从1652.7nm逐渐变化到1654.7nm（在一个检测周期内），正弦波为调制作用；其中，锯齿波周期为2.6ms，正弦波周期为10khz，采样频率为200khz；
1）在正常测气时
激光器发出的激光束照向待测气体所在区域，当激光器输出波长扫描到1653.7nm时，若正好遇到甲烷气体，则待分析区域Ⅱ的正弦波（1653.7nm对应的）会出现良性畸变（吸收坑），如附图7中上半部分所示曲线图形；
若没有遇到甲烷气体，则接收到的回波信号未发生畸变，待分析区域Ⅱ的正弦波没有吸收坑，提取出的二次谐波幅值约为0mV，得到待测气体浓度值接近于0；
2）在激光器发出的激光束在测气过程中遇到玻璃、棱角等背景物体时
当激光器输出波长扫描到1653.7nm时，若正好遇到甲烷气体，除待分析区域Ⅱ的正弦波（1653.7nm对应的）会出现良性畸变外，待分析区域Ⅲ也出现了不良畸变，如附图7中下半部分所示曲线图形；
若没有遇到甲烷气体，由于玻璃等背景物体产生的干扰，导致分析区域Ⅱ的正弦波没有出现良性畸变，但待分析区域Ⅲ却出现了不良畸变；若采用锁相放大算法对整个检测周期进行一次谐波和二次谐波提取，得到待测气体浓度值大于0，导致测出的气体浓度值大于实际气体浓度值，就会出现误报；
若按照本实施例中的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，则会丢弃待分析区域Ⅲ的数据，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，则提取出的二次谐波幅值约为0mV，得到待测气体浓度值接近于0，从而提高检测精度。
在另一种具体实施方式中，以甲烷激光器为例，其输出激光束的中心波长为1653.7nm，三角波的作用是使激光器输出波长从1652.7nm逐渐变化到1654.7nm，其中，锯齿波周期为2.6ms，正弦波周期为10khz，采样频率为200khz；
在激光器发出的激光束动态扫描石子路、水泥路、墙脚等交界处，以及照向天空，导致没有背景反射物时：当激光器输出波长扫描到1653.7nm时，虽没有遇到甲烷气体，但由于阴天等因素产生的干扰，导致分析区域Ⅱ的正弦波没有出现良性畸变、待分析区域Ⅰ却出现了不良畸变；
若采用锁相放大算法对整个检测周期进行一次谐波和二次谐波提取，提取出的一次谐波幅值较小（大于0mV），提取出的二次谐波幅值大于0mV，导致测出的气体浓度值大于实际气体浓度值，触发报警；
若按照本实施例中的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，则会丢弃待分析区域Ⅰ的数据，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算，提取出的一次谐波幅值正常（大于0mV），提取出的二次谐波幅值接近于0mV，得到待测气体浓度值接近于0，从而提高检测精度。
需要说明的是，现有技术中进行开放式激光气体检测时，通常固定以一个检测周期T内得到目标回波信号进行锁相放大计算，提取一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f；
然而，由于天气等原因造成光照条件差、或者激光器发出的激光束遇到路边建筑物上窗户玻璃、各种瓷砖等，可能造成一个检测周期T内获得的目标回波信号局部异常（质量不合格），且不同检测条件下，目标回波信号中发生异常的位置也不同；若仍然按照固定区域进行锁相放大计算及气体浓度计算，则会导致计算出的气体浓度大于实际环境中的气体浓度，进而引发误报警；
为解决该问题，本实施例提出一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，在提取一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f之前，根据不同检测条件对目标回波信号中的不同区域进行锁相放大计算及气体浓度计算，从而在锁相放大计算之前剔除异常信号，避免质量不合格的区域影响锁相放大算法提取出的一次谐波的幅值和二次谐波的幅值，在降低锁相放大计算量的同时，有效提高检测精度。
实施例2
需要说明的是，检测环境中光强小等因素会导致待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，而待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格会导致整个检测周期对应的一次谐波f的幅值Vf极小，进而导致二次谐波的幅值V2f和一次谐波的幅值Vf之间的比值过大，甚至引发误报警；本实施例通过待分析区域Ⅰ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S1与相似度阈值TOS1之间的对比结果，或者待分析区域Ⅰ的信号畸变量S_Ⅰ与畸变阈值Sth1之间的对比结果，将质量不合格的待分析区域Ⅰ的目标回波信号剔除，从而在有效提高检测精度的同时，降低锁相放大计算量；
检测环境中存在玻璃、棱角等因素会导致待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，而待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格会导致整个检测周期对应的二次谐波的幅值V2f和一次谐波的幅值Vf异常，进而导致二者之间的比值过大，甚至引发误报警；本实施例通过待分析区域Ⅲ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S3与相似度阈值TOS3之间的对比结果，或者待分析区域Ⅲ的信号畸变量S_Ⅲ与畸变阈值Sth3之间的对比结果，将质量不合格的待分析区域Ⅲ的目标回波信号剔除，从而在有效提高检测精度的同时，降低锁相放大计算量。
可以理解，所述待分析区域Ⅰ作为测气光强计算区，所述待分析区域Ⅲ作为测气波形正常区，所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ也可以称为无气体吸收区，对于无气体吸收区信号质量判断，本实施例给出了几种信号质量检测方式。
在一种具体实施方式中，在判断所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格时，执行：计算所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号与待分析区域Ⅰ的标准信号之间的相似度S1，所述标准信号为与激光器调制正弦波同频、同幅且同相的正弦波；判断所述相似度S1小于相似度阈值TOS1，若是，则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格；
在判断所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格时，执行：计算所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S3，所述标准信号为与激光器调制正弦波同频、同幅且同相的正弦波；判断所述相似度S3小于相似度阈值TOS3，若是，则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格。
需要说明的是，待分析区域Ⅰ未发生不良畸变时，两者（待分析区域Ⅰ的目标回波信号与待分析区域Ⅰ的标准信号）完全相同，相似度为1，待分析区域Ⅰ的不良畸变越严重，待分析区域Ⅰ的目标回波信号与待分析区域Ⅰ的标准信号之间的相似度值越小；
待分析区域Ⅲ未发生不良畸变时，两者（待分析区域Ⅲ的目标回波信号与待分析区域Ⅲ的标准信号）完全相同，相似度为1，待分析区域Ⅲ的不良畸变越严重，待分析区域Ⅲ的目标回波信号与待分析区域Ⅲ的标准信号之间的相似度值越小。
在另一种具体实施方式中，在判断所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格时，执行：计算所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S1，所述标准信号为与激光器调制正弦波同频、同幅且同相的正弦波；判断所述相似度S1小于相似度阈值TOS1，若是，则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格；
在判断所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格时，执行：对所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号进行FFT（快速傅里叶变换，Fast Fourier Transform）计算，分别得到一次谐波f的幅值V’f、二次谐波2f的幅值V’2f至n次谐波nf的幅值V’nf；采用以下公式计算所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S_Ⅲ：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
判断所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S是否大于畸变阈值Sth3，若是，则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格。
需要说明的是，待分析区域Ⅲ未发生不良畸变时，待分析区域Ⅲ的信号畸变量S为1，待分析区域Ⅲ的不良畸变越严重，待分析区域Ⅲ的信号畸变量S越大。
在另一种具体实施方式中，在判断所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格时，执行：对所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号进行FFT计算，分别得到一次谐波f的幅值Vf、二次谐波2f的幅值V2f至n次谐波nf的幅值Vnf；采用以下公式计算所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S_Ⅰ：
Figure 519848DEST_PATH_IMAGE002
判断所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S是否大于畸变阈值Sth1，若是，则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格；
在判断所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格时，执行：计算所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S3，所述标准信号为与激光器调制正弦波同频、同幅且同相的正弦波；判断所述相似度S3小于相似度阈值TOS3，若是，则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格。
需要说明的是，待分析区域Ⅰ未发生不良畸变时，待分析区域Ⅰ的信号畸变量S为1，待分析区域Ⅰ的不良畸变越严重，待分析区域Ⅰ的信号畸变量S越大。
在另一种具体实施方式中，在判断所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格时，执行：对所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号进行FFT计算，分别得到一次谐波f的幅值Vf、二次谐波2f的幅值V2f至n次谐波nf的幅值Vnf；采用以下公式计算所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S_Ⅰ：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
判断所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S是否大于畸变阈值Sth1，若是，则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格；
在判断所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格时，执行：对所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号进行FFT计算，分别得到一次谐波f的幅值V’f、二次谐波2f的幅值V’2f至n次谐波nf的幅值V’nf；采用以下公式计算所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S_Ⅲ：
Figure 561622DEST_PATH_IMAGE004
判断所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S是否大于畸变阈值Sth3，若是，则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格。
进一步的，计算所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号与待分析区域Ⅰ的标准信号之间的相似度S1时，采用以下公式：
Figure 747884DEST_PATH_IMAGE005
其中，W表示待分析区域Ⅰ的目标回波信号对应的采样点数，X表示待分析区域Ⅰ的目标回波信号对应的采样点幅值，Y表示待分析区域Ⅰ的标准信号对应的采样点幅值。
可以理解，计算所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S3时所采用的公式，与计算相似度S1的公式类似；区别在于，W为待分析区域Ⅲ的目标回波信号对应的采样点数，X为待分析区域Ⅲ的目标回波信号对应的采样点幅值，Y为待分析区域Ⅲ的标准信号对应的采样点幅值。
具体的，n的取值范围为3以上的自然数，兼顾计算量及精确度，n的取值可以为4；则所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S_Ⅰ的计算公式可以为：
Figure 330044DEST_PATH_IMAGE006
所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S_Ⅲ的计算公式可以为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
需要说明的是，实施例1中的一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，指的是变区域的目标回波信号锁相放大之后提取出的谐波幅值，用于计算待测气体浓度。本实施例中的一次谐波f的幅值V’f、二次谐波2f的幅值V’2f至n次谐波nf的幅值V’nf指的是基于待分析区域Ⅰ或者待分析区域Ⅲ的目标回波信号进行FFT计算之后提取出的谐波幅值，用于进行信号质量评价。
具体的，所述相似度阈值TOS1的取值范围为0.1至0.3，例如0.15；所述相似度阈值TOS3可以为0.1至0.3，例如0.15；
所述畸变阈值Sth1的取值范围为1.05至1.3，例如1.1；所述畸变阈值Sth3的取值范围为1.05至1.3，例如1.1。
实施例3
需要说明的是，为减少计算量，本实施例还对待分析区域Ⅱ的信号质量进行检测；如附图2所示，本实施例与上述实施例的区别在于：
在进行锁相放大计算之前，还执行：计算所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号与待分析区域Ⅱ的标准信号之间的相似度S2，判断所述相似度S2是否在预设相似范围内；
若不在预设相似范围内，则判定所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号质量不合格，不进行锁相放大计算；
若在预设相似范围内，则判定所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号出现（良性）畸变，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算。
进一步的，计算所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S2的公式，与计算相似度S1的公式类似；区别在于，W为待分析区域Ⅱ的目标回波信号对应的采样点数，X为待分析区域Ⅱ的目标回波信号对应的采样点幅值，Y为待分析区域Ⅱ的标准信号对应的采样点幅值。
具体的，所述预设相似范围为0.15至1，如0.15至0.6；
可以理解，待分析区域Ⅱ没有出现良性畸变时，两者（待分析区域Ⅱ的目标回波信号与待分析区域Ⅱ的标准信号）完全相同，相似度为1，待分析区域Ⅱ的良性畸变越严重，待分析区域Ⅱ的目标回波信号与待分析区域Ⅱ的标准信号之间的相似度值越小。
实施例4
在上述实施例的基础上，本实施例给出了一种低误报率的开放式激光气体检测方法，如附图3所示；
所述基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法还包括以下步骤：
在应用实施例1、2或者3中的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法计算出待测气体浓度值之后，执行：
步骤0，记录每个检测周期T对应的待测气体浓度值，并统计待测气体浓度值的个数；
在待测气体浓度值的个数等于预设值A时，将A个待测气体浓度值作为第i组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线，并生成拟合曲线斜率Ki及拟合曲线中值Ci；其中，i≥0；
步骤1，判断拟合曲线斜率Ki是否大于上升斜率阈值（上升斜率阈值大于0），若是，则对第i+1组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+1及拟合曲线中值Ci+1；
步骤2，判断拟合曲线斜率Ki+1是否大于上升斜率阈值，若是，则分别计算拟合曲线中值Ci、拟合曲线中值Ci+1与初始基线值之间的差值，并将这两个差值作为修正后的气体浓度；
步骤3，对第i+2组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+2及拟合曲线中值Ci+2，计算拟合曲线中值Ci+2与初始基线值之间的差值，并将这个差值作为修正后的气体浓度；
步骤4，对第i+j组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+j及拟合曲线中值Ci+j；其中，j≥0；
在拟合曲线斜率Ki+j小于下降斜率阈值（下降斜率阈值小于0）时，对第i+g组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+g及拟合曲线中值Ci+g；其中，g＞j，且g为正整数；
若拟合曲线斜率Ki+g小于下降斜率阈值，则置下降标志为1；
步骤5，在读取到下降标志1且某组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率K在0附近时，将该组气体浓度数据对应的拟合曲线中值作为新基线值。
需要说明的是，所述初始基线值是预先设定的，在实际检测过程中该值可以跟随检测环境变化自动更新为新基线值；
具体的，在检测到连续两组（或者一组及两组以上）气体浓度数据对应的拟合曲线斜率小于斜率阈值时，说明泄漏气体正在消散或者用户携带手持的探测器离开气体泄漏区域；若再次检测到某组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率在0附近，则将该组气体浓度数据对应的拟合曲线中值作为新基线值。
进一步的，将A个待测气体浓度值作为第i组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线，并生成拟合曲线斜率及拟合曲线中值时，采用以下公式：y=a*x+b；其中，y表示检测到的待测气体浓度值，x表示采集的数据点数，a表示拟合曲线斜率，b为拟合曲线在y轴上的截距；
将A/2的绝对值作为x，代入上式，并将得到的y值作为拟合曲线中值。
在一种具体实施方式中，以预设值A为10进行举例说明，预置多个数组来记录每个检测周期T对应的待测气体浓度值，每个数组的大小为10；
在第1个数组存满待测气体浓度值时，对第1个数组中的待测气体浓度值进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线，并生成拟合曲线斜率K1及拟合曲线中值C1；假设，此时拟合曲线斜率K1在0附近，则将拟合曲线中值C1作为当前气体浓度作为进行输出，基于当前气体浓度进行报警检测；若超过报警阈值，则生成报警指令，否则不生成报警指令；
依次类推，在第i个数组存满待测气体浓度值时，对第i个数组中的待测气体浓度值进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线，并生成拟合曲线斜率Ki及拟合曲线中值Ci；假设，此时拟合曲线斜率Ki＞上升斜率阈值；
在第i+1个数组存满待测气体浓度值时，对第i+1个数组中的待测气体浓度值进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+1及拟合曲线中值C i+1；假设，此时拟合曲线斜率Ki+1＞上升斜率阈值，则拟合曲线中值Ci－默认基线值及拟合曲线中值C i+1－默认基线值的计算结果，作为修正后的气体浓度作为进行输出，基于修正后的气体浓度进行报警检测；若超过报警阈值，则生成报警指令，否则不生成报警指令；
在第i+2个数组存满待测气体浓度值时，对第i+2个数组中的待测气体浓度值进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+2及拟合曲线中值C i+2，将拟合曲线中值C i+2－默认基线值的计算结果，作为修正后的气体浓度作为进行输出，基于修正后的气体浓度进行报警检测；若超过报警阈值，则生成报警指令，否则不生成报警指令；
以此类推，计算第i+2个数组至第i+（j-1）个数组对应的拟合曲线斜率K，假设这些拟合曲线斜率K均大于等于下降斜率阈值；
直至第i+j个数组存满待测气体浓度值时，对第i+j个数组中的待测气体浓度值进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+j及拟合曲线中值Ci+j；假设，此时拟合曲线斜率Ki+j＜下降斜率阈值；
对第i+g个数组中的待测气体浓度值进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+g及拟合曲线中值Ci+g；假设，此时拟合曲线斜率Ki+g＜下降斜率阈值，置下降标志位1；
在读取到下降标志1且新的拟合曲线斜率K在0附近时，将该组气体浓度数据对应的拟合曲线中值作为新基线值。
实施例5
在上述实施例的基础上，本实施例给出了一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统的具体实施方式；
如附图5所示，所述基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统包括数据读取模块、区域划分模块、区域Ⅰ回波信号质量检测模块、区域Ⅲ回波信号质量检测模块、锁相放大模块和待测气体浓度计算模块，其中，
所述数据读取模块，用于读取一个检测周期T内得到的待分析信号，并传输至所述区域划分模块；其中，所述待分析信号为待分析的回波信号；
所述区域划分模块，用于将所述待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，所述待分析区域Ⅰ对应一个检测周期T的采样起始点至第N个采样点，所述待分析区域Ⅱ对应一个检测周期T的第N+1个采样点至第M个采样点，所述待分析区域Ⅲ对应一个检测周期T的第M+1个采样点至采样结束点；其中，M＞N+1；
所述区域Ⅰ回波信号质量检测模块，用于读取待分析区域Ⅰ的目标回波信号，并检测待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格；
所述区域Ⅲ回波信号质量检测模块，用于读取待分析区域Ⅲ的目标回波信号，并检测待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格；
所述锁相放大模块，用于在确定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；在确定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在确定所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均合格时，基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
所述待测气体浓度计算模块，用于在进行锁相放大计算后，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算出待测气体浓度值。
附图4示出了一种开放式激光气体检测系统的结构示意图，所述开放式激光气体检测系统包括激光器、激光器驱动电路、激光器温控电路、探测器、I/V转换电路、信号放大滤波电路、信号采集电路、处理器、无线通讯电路、远程在线云平台等；所述数据读取模块、所述区域划分模块、所述区域Ⅰ回波信号质量检测模块、所述区域Ⅲ回波信号质量检测模块、所述锁相放大模块和待测气体浓度计算模块等，预先安装在所述处理器中，所述处理器在动态选取待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ中的某几个区域进行锁相放大计算时，采用数字式锁相放大算法进行软件锁相，简化了电路结构，并有效提高检测精确度。
附图6所示，所述基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统还包括区域Ⅱ回波信号质量检测模块，其用于：
在进行锁相放大计算之前，还执行：计算所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S2，判断所述相似度S2是否在预设相似范围内；
若不在预设相似范围内，则判定所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号质量不合格，不进行锁相放大计算；
若在预设相似范围内，则判定所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号出现畸变，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算。
实施例6
在上述实施例的基础上，本实施例给出了一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测设备的具体实施方式，其包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测程序，所述基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测程序被所述处理器执行时，实现如上述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的步骤。
在上述实施例的基础上，本实施例还给出了一种可读存储介质的具体实施方式，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如上述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
读取一个检测周期T内得到的待分析信号；其中，所述待分析信号为待分析的回波信号；
将所述待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，所述待分析区域Ⅰ对应一个检测周期T的采样起始点至第N个采样点，所述待分析区域Ⅱ对应一个检测周期T的第N+1个采样点至第M个采样点，所述待分析区域Ⅲ对应一个检测周期T的第M+1个采样点至采样结束点；其中，M＞N+1；
在确定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
在确定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；
在确定所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；
在所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均合格时，基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
在进行锁相放大计算后，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算出待测气体浓度值。
2.根据权利要求1所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，在判断所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格时，执行：
计算所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S1，所述标准信号为与激光器调制正弦波同频、同幅且同相的正弦波；
判断所述相似度S1小于相似度阈值TOS1，若是，则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格。
3.根据权利要求1所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，在判断所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格时，执行：
对所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号进行FFT计算，分别得到一次谐波f的幅值Vf、二次谐波2f的幅值V2f至n次谐波nf的幅值Vnf；
采用以下公式计算所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S_Ⅰ：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
判断所述待分析区域Ⅰ的信号畸变量S是否大于畸变阈值Sth1，若是，则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格。
4.根据权利要求1所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，在判断所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格时，执行：
计算所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S3，所述标准信号为与激光器调制正弦波同频、同幅且同相的正弦波；
判断所述相似度S3小于相似度阈值TOS3，若是，则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格。
5.根据权利要求1所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，在判断所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格时，执行：
对所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号进行FFT计算，分别得到一次谐波f的幅值V’f、二次谐波2f的幅值V’2f至n次谐波nf的幅值V’nf；
采用以下公式计算所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S_Ⅲ：
Figure 735119DEST_PATH_IMAGE002
判断所述待分析区域Ⅲ的信号畸变量S是否大于畸变阈值Sth3，若是，则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格，否则判定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格。
6.根据权利要求1所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，在进行锁相放大计算之前，还执行：
计算所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号与标准信号之间的相似度S2，判断所述相似度S2是否在预设相似范围内；
若不在预设相似范围内，则判定所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号质量不合格，不进行锁相放大计算；
若在预设相似范围内，则判定所述待分析区域Ⅱ的目标回波信号出现畸变，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算，或者基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算。
7.根据权利要求1所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法，其特征在于，在计算出待测气体浓度值之后，执行：
步骤0，记录每个检测周期T对应的待测气体浓度值，并统计待测气体浓度值的个数；
在待测气体浓度值的个数等于预设值A时，将A个待测气体浓度值作为第i组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线，并生成拟合曲线斜率Ki及拟合曲线中值Ci；
步骤1，判断拟合曲线斜率Ki是否大于上升斜率阈值，若是，则对第i+1组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+1及拟合曲线中值Ci+1；
步骤2，判断拟合曲线斜率Ki+1是否大于上升斜率阈值，若是，则分别计算拟合曲线中值Ci、拟合曲线中值Ci+1与初始基线值之间的差值，并将这两个差值作为修正后的气体浓度；
步骤3，对第i+2组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+2及拟合曲线中值Ci+2，计算拟合曲线中值Ci+2与初始基线值之间的差值，并将这个差值作为修正后的气体浓度；
步骤4，对第i+j组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+j及拟合曲线中值Ci+j；
在拟合曲线斜率Ki+j小于下降斜率阈值时，对第i+g组气体浓度数据进行多项式拟合，获得该组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率Ki+g及拟合曲线中值Ci+g；
若拟合曲线斜率Ki+g小于下降斜率阈值，则置下降标志为1；
步骤5，在读取到下降标志1且某组气体浓度数据对应的拟合曲线斜率K在0附近时，将该组气体浓度数据对应的拟合曲线中值作为新基线值。
8.一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测系统，其特征在于：包括数据读取模块、区域划分模块、区域Ⅰ回波信号质量检测模块、区域Ⅲ回波信号质量检测模块、锁相放大模块和待测气体浓度计算模块，其中，
所述数据读取模块，用于读取一个检测周期T内得到的待分析信号，并传输至所述区域划分模块；其中，所述待分析信号为待分析的回波信号；
所述区域划分模块，用于将所述待分析信号划分为待分析区域Ⅰ、待分析区域Ⅱ和待分析区域Ⅲ，所述待分析区域Ⅰ对应一个检测周期T的采样起始点至第N个采样点，所述待分析区域Ⅱ对应一个检测周期T的第N+1个采样点至第M个采样点，所述待分析区域Ⅲ对应一个检测周期T的第M+1个采样点至采样结束点；其中，M＞N+1；
所述区域Ⅰ回波信号质量检测模块，用于读取待分析区域Ⅰ的目标回波信号，并检测待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量是否合格；
所述区域Ⅲ回波信号质量检测模块，用于读取待分析区域Ⅲ的目标回波信号，并检测待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量是否合格；
所述锁相放大模块，用于在确定所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；在确定所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量不合格且所述待分析区域Ⅰ的目标回波信号质量合格时，基于所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在确定所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均不合格时，基于所述待分析区域Ⅱ进行锁相放大计算；在所述待分析区域Ⅰ和所述待分析区域Ⅲ的目标回波信号质量均合格时，基于所述待分析区域Ⅰ、所述待分析区域Ⅱ和所述待分析区域Ⅲ进行锁相放大计算；
所述待测气体浓度计算模块，用于在进行锁相放大计算后，提取出一次谐波的幅值Vf和二次谐波的幅值V2f，并根据所述二次谐波的幅值V2f和所述一次谐波的幅值Vf之间的比值计算出待测气体浓度值。
9.一种基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测设备，其特征在于：包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测程序，所述基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其上存储有指令，其特征在于：该指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法的步骤。
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