CN116223418A - 通用型激光气体在线高精度检测方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通用型激光气体在线高精度检测方法、系统及介质，所述方法包括以下步骤：步骤1，配置初始温调步长t0，在开机后读取激光气体检测腔内的初始温度值C0；步骤2，在所述初始温度值C0＜所述最小设定温度TMIN时，转步骤3；在所述初始温度值C0＞所述最大设定温度TMAX时，转步骤4；在所述最小设定温度TMIN≤所述初始温度值C0≤所述最大设定温度TMAX时，转步骤5；步骤3，执行第一温调策略；步骤4，执行第二温调策略；步骤5，执行第三温调策略；步骤6，将激光气体检测腔内的温度值调整至步骤3或者步骤4中修正后的目标温度，开始进入待测气体浓度检测状态，从而实现快速主动在线标定。
Description
技术领域
本发明涉及激光气体检测技术领域，具体的说，涉及了一种通用型激光气体在线高精度检测方法、系统及介质。
背景技术
随着国家西气东输的实施，天然气作为一种基础能源，使用范围越来越广。在天然气的输送过程中，由于天然气管道老化、土壤的腐蚀、施工的破坏等因素影响，导致燃气泄漏事件日益增多，这不仅影响城市能源的安全平稳供给，也可能引起燃烧、爆炸事故，造成人民人身安全的威胁和财产损失。
激光气体检测技术是一种基于红外光谱吸收原理，利用特定气体分子的特征光谱对气体进行痕量检测的技术，具有避免其他气体干扰、分辨率高、快速检测等优点。其工作原理是：将叠加有高频正弦信号的锯齿波，作为激光器的驱动信号，进行激光器频率的调制；调制后的激光经背景反射物反射，汇聚到光电探测器，利用模拟或数字锁相放大解调出与被测气体浓度相关的二次谐波信号。
目前，市场上的激光气体检测装置一般分为两种，一种是为了降低设备成本，没有使用参考探测器的激光气体检测系统，另一种是有参考探测器的激光气体检测系统；
激光气体检测装置在使用前均需快速标定中心波长等，目前常规做法是以固定间隔标定中心波长，比如中心波长的标定是固定激光器驱动电流，利用直接吸收法或TDLAS寻找激光器的中心波长位置；但存在中心波长标定时间长、设备使用时效性差及使用体验差等缺点。
当设备外界环境恶劣或随着设备使用时间的加长，电阻、电容等器件由于老化现象的存在，导致电路硬件参数发生改变，使得出厂标定的中心波长等参数不再适用。目前的解决方法是定期返厂标定，存在客户无法准确判断设备需要什么时候进行标定，增加设备生产厂商的设备维护成本等问题。
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，从而提供一种通用型激光气体在线高精度检测方法、系统及介质。
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通用型激光气体在线高精度检测方法，包括以下步骤：
步骤0，构建温度-驱动电流-激光器输出波长之间的关联关系数据库，配置驱动电流；
根据所述关联关系数据库及气体类型，确定所述驱动电流对应的初始温度调整区间；其中，所述初始温度调整区间的最小值为最小设定温度TMIN，所述初始温度调整区间的最大值为最大设定温度TMAX；
步骤1，配置初始温调步长t0，读取开机后激光气体检测腔内的初始温度值C0；
步骤2，在所述初始温度值C0＜所述最小设定温度TMIN时，转步骤3；
在所述初始温度值C0＞所述最大设定温度TMAX时，转步骤4；
在所述最小设定温度TMIN≤所述初始温度值C0≤所述最大设定温度TMAX时，转步骤5；
步骤3，执行第一温调策略：
步骤3.1，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接上升至所述最小设定温度TMIN，再以所述初始温调步长t0使激光气体检测腔内的温度值从最小设定温度TMIN逐渐上升至所述最大设定温度TMAX；
每增加一个初始温调步长t0，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤3.2，从步骤3.1记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为目标温度C1，基于目标温度C1和所述初始温调步长t0生成温度调整区间CH1；
其中，所述温度调整区间CH1的最小值=所述目标温度C1－所述初始温调步长t0，所述温度调整区间CH1的最大值=所述目标温度C1＋所述初始温调步长t0；
步骤3.3，将所述激光气体检测腔内的温度由最大设定温度TMAX直接下降至所述第一温度调整区间的最大值，再以新温调步长t11使激光气体检测腔内的温度值，从所述第一温度调整区间的最大值逐渐下降至所述第一温度调整区间的最小值；
其中，所述新温调步长t11＜所述初始温调步长t0；
步骤3.4，所述激光气体检测腔内的温度值每下降一个新温调步长t11，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤3.5，从步骤3.4记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度；
步骤4，执行第二温调策略：
步骤4.1，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接下降至所述最大设定温度TMAX，再以所述初始温调步长t0使激光气体检测腔内的温度值从所述最大设定温度TMAX逐渐下降至所述最小设定温度TMIN；
每下降一个初始温调步长t0，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤4.2，从步骤4.1记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为目标温度C2；基于目标温度C2和所述初始温调步长t0生成温度调整区间CL1；
其中，所述温度调整区间CL1的最小值=所述目标温度C2－所述初始温调步长t0，所述温度调整区间CL1的最大值=所述目标温度C2＋所述初始温调步长t0；
步骤4.3，将所述激光气体检测腔内的温度由所述最小设定温度TMIN直接上升至所述温度调整区间CL1的最小值，再以新温调步长t21使激光气体检测腔内的温度值，从所述温度调整区间CL1的最小值逐渐上升至所述温度调整区间CL1的最大值；
其中，所述新温调步长t21＜所述初始温调步长t0；
步骤4.4，所述激光气体检测腔内的温度值每上升一个新温调步长t21，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤4.5，从步骤4.4记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度；
步骤5，根据所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与所述最小设定温度TMIN之间的差值，与所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与最大设定温度TMAX的差值之间的关系，选择不同的温调策略，并以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整；
步骤6，将所述激光气体检测腔内的温度值调整至步骤3、步骤4或者步骤5中修正后的目标温度，开始进入待测气体浓度检测状态。
本发明第二方面提供一种激光气体在线高精度检测系统，其包括主光电探测器、I/V转换电路、滤波放大电路、信号采集电路、处理器、激光驱动电路和温控电路，所述主光电探测器、所述I/V转换电路、所述滤波放大电路和所述信号采集电路依次连接，所述信号采集电路、所述激光驱动电路和所述温控电路分别连接所述处理器，所述处理器执行上述通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤，进行在线主动标定。
本发明第三方面提供一种激光气体在线高精度检测设备，其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤。
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通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：
1）本发明提出一种通用型激光气体在线高精度检测方法，在初始化阶段构建温度-驱动电流-激光器输出波长之间的关联关系数据库，在开机之后，根据数据库、气体类型、驱动电流、激光气体检测腔内的初始温度值C0、温调步长等等，执行不同的温调策略实现开机快速主动在线标定，既适用于内含参考气路的激光气体检测设备，又适用于不含参考气路的激光气体检测设备，通用性强，适用范围广；
2）本发明不但可以用于开机快速主动在线标定，还可以在进入待测气体浓度检测状态之后，通过主动在线标定来微调激光器发出激光的中心波长，进而削弱器件老化、外界恶劣环境等因素对中心波长的影响，达到实现激光气体检测装置的在线高精度监测的目的；
3）本发明具有中心波长标定时间短、设备使用时效性强及使用体验好的优点，无需定期返厂标定，进而降低设备生产厂商的设备维护成本；
4）本发明适用进行多种气体类型的在线高精度浓度检测，适用范围广。
附图说明
图1是本发明的通用型激光气体在线高精度检测方法的流程图；
图2是本发明的通用型激光气体在线高精度检测方法中第一温调策略的流程图；
图3是本发明的通用型激光气体在线高精度检测方法中第二温调策略的流程图；
图4是本发明的激光气体在线高精度检测系统的结构示意图；
图5是一种实施例中的温度-驱动电流-波长误差之间的关联关系示意图。
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。
实施例1
附图1至3示出了一种通用型激光气体在线高精度检测方法的流程示意图，所述通用型激光气体在线高精度检测方法包括以下步骤：
步骤0，构建温度-驱动电流-激光器输出波长之间的关联关系数据库，配置驱动电流；
根据所述关联关系数据库及气体类型，确定所述驱动电流对应的初始温度调整区间；其中，所述初始温度调整区间的最小值为最小设定温度TMIN，所述初始温度调整区间的最大值为最大设定温度TMAX；
步骤1，配置初始温调步长t0，读取开机后激光气体检测腔内的初始温度值C0；
步骤2，在所述初始温度值C0＜所述最小设定温度TMIN时，转步骤3；
在所述初始温度值C0＞所述最大设定温度TMAX时，转步骤4；
在所述最小设定温度TMIN≤所述初始温度值C0≤所述最大设定温度TMAX时，转步骤5；
步骤3，基于第一温调策略，以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整：
步骤3.1，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接上升至所述最小设定温度TMIN，再以所述初始温调步长t0调整激光气体检测腔内的温度值，使激光气体检测腔内的温度值从最小设定温度TMIN逐渐上升至最大设定温度TMAX；
在所述激光气体检测腔内的温度值上升至最小设定温度TMIN后，每增加一个初始温调步长t0，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值、对应温度值及中心波长位置Vp；
步骤3.2，从步骤3.1记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为目标温度C1，基于目标温度C1和所述初始温调步长t0生成温度调整区间CH1；
其中，所述温度调整区间CH1的最小值=所述目标温度C1－所述初始温调步长t0，所述温度调整区间CH1的最大值=所述目标温度C1＋所述初始温调步长t0；
步骤3.3，将所述激光气体检测腔内的温度由最大设定温度TMAX直接下降至所述第一温度调整区间的最大值，再以新温调步长t11调整激光气体检测腔内的温度值，使激光气体检测腔内的温度值从所述第一温度调整区间的最大值逐渐下降至所述第一温度调整区间的最小值；
其中，所述新温调步长t11＜所述初始温调步长t0；
步骤3.4，所述激光气体检测腔内的温度值每下降一个新温调步长t11，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值、对应温度值及中心波长位置Vp；
步骤3.5，从步骤3.4记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度；
步骤4，基于第二温调策略，以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整：
步骤4.1，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接下降至所述最大设定温度TMAX，再以所述初始温调步长t0调整激光气体检测腔内的温度值，使激光气体检测腔内的温度值从所述最大设定温度TMAX逐渐下降至温所述最小设定温度TMIN；
在所述激光气体检测腔内的温度值下降至所述最大设定温度TMAX后，每下降一个初始温调步长t0，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值、对应温度值及中心波长位置Vp；
步骤4.2，从步骤4.1记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为目标温度C2；基于目标温度C2和所述初始温调步长t0生成温度调整区间CL1；
其中，所述温度调整区间CL1的最小值=所述目标温度C2－所述初始温调步长t0，所述温度调整区间CL1的最大值=所述目标温度C2＋所述初始温调步长t0；
步骤4.3，将所述激光气体检测腔内的温度由所述最小设定温度TMIN直接上升至所述温度调整区间CL1的最小值，再以新温调步长t21调整激光气体检测腔内的温度值，使激光气体检测腔内的温度值从所述温度调整区间CL1的最小值逐渐上升至所述温度调整区间CL1的最大值；
其中，所述新温调步长t21＜所述初始温调步长t0；
步骤4.4，所述激光气体检测腔内的温度值每上升一个新温调步长t21，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值、对应温度值及中心波长位置Vp；
步骤4.5，从步骤4.4记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度；
步骤5，根据所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与所述最小设定温度TMIN之间的差值，与所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与最大设定温度TMAX的差值之间的关系，选择不同的温调策略，并以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整；
步骤6，将所述激光气体检测腔内的温度值调整至步骤3、步骤4或者步骤5中修正后的目标温度，开始进入待测气体浓度检测状态。
为提高激光气体在线高精度检测方法的通用型，本实施例中的步骤0在确定初始温度调整区间，在气体类型及驱动电流对应的温度值的基础上，尽可能给出一个较大范围，如[15℃,35℃]。
其中，所述初始温调步长t0可以为10℃、8℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃或者1℃且可以进行适应设置或者修改，所述新温调步长t11或所述新温调步长t21可以为2℃、1℃、0.5℃、0.2℃、0.1℃或者0.05℃且可以进行适应设置或者修改。
需要说明的是，在所述激光气体检测腔内的初始温度值C0＜所述最小设定温度TMIN时，执行步骤3中的第一温调策略；在所述激光气体检测腔内的初始温度值C0＞所述最大设定温度TMAX时，执行步骤4中的第二温调策略；在所述最小设定温度TMIN≤所述激光气体检测腔内的初始温度值C0≤所述最大设定温度TMAX，执行步骤5中的第三温调策略；
具体的，所述步骤5中，在根据所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与所述最小设定温度TMIN之间的差值，与所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与最大设定温度TMAX的差值之间的关系，选择不同的温调策略，并以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整时，执行：
判断所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与所述最小设定温度TMIN之间的差值，是否小于所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与最大设定温度TMAX的差值，
若是，则将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接下降至所述最小设定温度TMIN，再以设定温调步长ta对激光气体检测腔内的温度值进行调整，使激光气体检测腔内的温度值从所述最小设定温度TMIN逐渐上升至所述最大设定温度TMAX；
否则，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接上升至所述最大设定温度TMAX，再以设定温调步长ta对激光气体检测腔内的温度值进行调整，使激光气体检测腔内的温度值从所述最大设定温度TMAX逐渐下降至所述最小设定温度TMIN；
其中，所述设定温调步长ta＜所述初始温调步长t0；
在所述激光气体检测腔内的温度值每增加或者减少一个设定温调步长ta时，利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
从记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度。
可以理解，不同的温度、不同的驱动电流以及不同的气体类型，对应不同的激光器输出中心波长；在设备外界环境恶劣或随着设备使用时间的加长，电阻、电容等器件老化导致电路硬件参数发生改变，在这种情况下，即使在检测过程保持（出厂或者开机）标定的固定激光器驱动电流及检测腔温度不变，也有可能导致之前标定的中心波长和相位差等参数不再适用，进而导致激光气体检测精度下降；
且由附图5可知，在同一激光器驱动电流下，即使检测腔温度微弱变化，也会导致激光器输出波长出现偏差；且不同激光器驱动电流、不同的温度变化，引起的波长偏差不同，无法通过固定值进行精确补偿。
为解决上述问题，本发明在初始化阶段构建温度-驱动电流-激光器输出波长之间的关联关系数据库，通过激光器驱动电流和气体类型查找到待测气体所对应的初始温度调整区间，并基于激光气体检测腔内的初始温度值C0和动态变温调步长策略，进行中心波长快速标定，通过粗调结合细调策略缩短中心波长标定时长，进而提高设备使用时效性，降低激光气体检测误差，实现激光气体检测装置的在线高精度监测。
实施例2
需要说明的是，实施例1中的通用型激光气体在线高精度检测方法，在基于第一温调策略、第二温调策略或者第三温调策略，以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整的过程中，采用粗调加细调的策略进行了两次循环，为进一步提高检测精度，在其他实施例中以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整时，也可以采用三次及三次以上的循环；
因此，在实施例1的基础上，本实施例给出另一种通用型激光气体在线高精度检测方法的具体实施方式。
具体的，所述步骤3还包括步骤3.6：
基于步骤3.5中修正后的目标温度和新温调步长t11，生成温度调整区间CH2；其中，所述温度调整区间CH2的最小值=修正后的目标温度－所述新温调步长t11，所述温度调整区间CH2的最大值=修正后的目标温度＋所述新温调步长t11；
将所述激光气体检测腔内的温度由所述温度调整区间CH1的最小值，直接上升至所述温度调整区间CH2的最小值，再以新温调步长t12调整激光气体检测腔内的温度值，使激光气体检测腔内的温度值从所述温度调整区间CH2的最小值逐渐上升至所述温度调整区间CH2的最大值；
所述激光气体检测腔内的温度值每上升一个新温调步长t12，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；从记录的二次谐波幅值中找出最大值，并利用最大值对应的温度值对修正后的目标温度进行更新。
其中，所述温度调整区间CH2的最大值≤所述温度调整区间CH1的最大值≤所述最大设定温度TMAX，所述温度调整区间CH2的最小值≥所述温度调整区间CL1的最小值≥所述最小设定温度TMIN；新温调步长t12＜新温调步长t11＜所述初始温调步长t0。
具体的，所述步骤4还包括步骤4.6：
基于步骤4.5中修正后的目标温度和新温调步长t21，生成温度调整区间CL2；其中，所述温度调整区间CL2的最小值=修正后的目标温度－所述新温调步长t21，所述温度调整区间CL1的最大值=所述目标温度C2＋所述新温调步长t21；
将所述激光气体检测腔内的温度由所述温度调整区间CL1的最大值，直接下降至所述温度调整区间CL1的最大值，再以新温调步长t22调整激光气体检测腔内的温度值，使激光气体检测腔内的温度值从所述温度调整区间CL1的最大值逐渐下降至所述温度调整区间CL2的最小值；
所述激光气体检测腔内的温度值每下降一个新温调步长t22，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；从记录的二次谐波幅值中找出最大值，基于最大值对应的温度值对修正后的目标温度进行更新。
其中，所述温度调整区间CL2的最大值≤所述温度调整区间CL1的最大值≤所述最大设定温度TMAX，所述温度调整区间CL2的最小值≥所述温度调整区间CL1的最小值≥所述最小设定温度TMIN；新温调步长t22＜新温调步长t21＜所述初始温调步长t0。
在一种具体实施方式中，所述步骤3、步骤4及步骤5中，分别利用数字锁相放大提取参考气路信号对应二次谐波；其中，所述参考气路信号指的是激光气体检测设备中参考气路对应的气路信号；
进一步的，所述通用型激光气体在线高精度检测方法还包括步骤7：
在进入待测气体浓度检测状态后，读取实时参考气路信号；
判断所述实时参考气路信号对应的气体浓度是否为第一预设标准气体浓度，若是则继续检测待测气体浓度，否则转步骤2进行在线主动标定。
其中，所述第二预设标准气体浓度指的是参考气路中预先封存的标准气体的浓度，且该浓度是已知的。
在另一种具体实施方式中，所述步骤3、步骤4及步骤5中，分别利用数字锁相放大提取主气路信号对应二次谐波；其中，所述主气路信号指的是不包含参考气路的激光气体检测设备照射标准气体后采集到的气路信号；
进一步的，所述通用型激光气体在线高精度检测方法还包括步骤8：
在进入待测气体浓度检测状态后，使激光气体检测设备照射标准气体，并读取实时主气路信号；
判断所述实时主气路信号对应的气体浓度是否为第二预设标准气体浓度，若是则继续检测待测气体浓度，否则转步骤2进行在线主动标定。
其中，所述第二预设标准气体浓度指的是标准气体的浓度（浓度已知）。
本实施例以驱动电流25mA、气体类型为甲烷进行举例说明，根据所述关联关系数据库及气体类型，假设所述驱动电流对应的初始温度调整区间为[15℃，35℃]，此时最大设定温度TMIN为35℃，最小设定温度TMAX为15℃；
假设配置初始温调步长t0为1℃，读取到的激光气体检测腔内的初始温度值C0为5℃；
此时5℃＜最小设定温度TMAX（15℃），因此执行步骤3中的第一温调策略：
将激光气体检测腔内的温度由5℃直接上升至15℃，再以5℃的步长使激光气体检测腔内的温度值从15℃逐渐上升至35℃；每增加5℃则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值、对应温度值及中心波长位置Vp；假设，此时二次谐波幅值最大值对应的温度是20℃；基于20℃和5℃生成温度调整区间CH1，温度调整区间CH1为[15℃,25℃]；
将所述激光气体检测腔内的温度由35℃直接下降至25℃，再以2℃的步长使激光气体检测腔内的温度值，从25℃逐渐下降至15℃；每下降2℃则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值、对应温度值及中心波长位置Vp；假设，此时二次谐波幅值最大值对应的温度是18℃；基于18℃和2℃生成温度调整区间CH2，温度调整区间CH2为[16℃,20℃]；
将所述激光气体检测腔内的温度由15℃直接上升至16℃，再以1℃的步长使激光气体检测腔内的温度值，从16℃上升至20℃；每上升1℃则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值Vm、激光气体检测腔内的对应温度值及中心波长位置Vp；在将激光气体检测腔内的温度值上升至20℃后，从记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度。
需要说明的是，本发明基于激光气体检测腔内的初始温度值C0和动态温调步长进行中心波长快速标定的过程中，动态温调步长不限于三种温调步长，在实际应用中，可以根据适应性调整，如初始温调步长t0结合一种新温调步长、初始温调步长t0结合两种新温调步长、初始温调步长t0结合三种新温调步长等等。
实施例3
在上述实施例的基础上，本实施例给出了一种如附图4所示的激光气体在线高精度检测系统，其包括主光电探测器、I/V转换电路、滤波放大电路、信号采集电路、处理器、激光驱动电路和温控电路，所述主光电探测器、所述I/V转换电路、所述滤波放大电路和所述信号采集电路依次连接，所述信号采集电路、所述激光驱动电路和所述温控电路分别连接所述处理器，所述处理器执行实施例1或者2中的通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤，进行在线主动标定。
其中，根据光电探测器类型确定是否需要其温控电路；参考探测器不是必须，根据需求确定；激光器包括近红外的DFB激光器、中红外的ICL和QCL激光器；指示激光可为绿色或红外指示。
可以理解，光路主要包括耦合器、分束器和合束器等。针对近红外激光气体检测装置，激光器是带尾纤的激光器，耦合器为法拉盘；分束器为9:1的光纤分束器；合束器为指示激光和检测激光的光纤合束器；针对中红外激光气体检测装置，中红外激光器不带尾纤，需光纤耦合器将激光器发射的光耦合到光纤中，再通过光纤分束器进行主探测器和参考探测器的分光；合束器是实现指示激光和检测激光的合束光纤；另外分束器也可以是分光透镜，合束器也可以是二向色镜。
实施例4
在上述实施例的基础上，本实施例给出了一种激光气体在线高精度检测设备的具体实施方式，其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如实施例1或者2中的通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤；
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，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如实施例1或者2中的通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤。
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。
上述算法步骤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)
1.一种通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤0，构建温度-驱动电流-激光器输出波长之间的关联关系数据库，配置驱动电流；
根据所述关联关系数据库及气体类型，确定所述驱动电流对应的初始温度调整区间；其中，所述初始温度调整区间的最小值为最小设定温度TMIN，所述初始温度调整区间的最大值为最大设定温度TMAX；
步骤1，配置初始温调步长t0，读取开机后激光气体检测腔内的初始温度值C0；
步骤2，在所述初始温度值C0＜所述最小设定温度TMIN时，转步骤3；
在所述初始温度值C0＞所述最大设定温度TMAX时，转步骤4；
在所述最小设定温度TMIN≤所述初始温度值C0≤所述最大设定温度TMAX时，转步骤5；
步骤3，执行第一温调策略：
步骤3.1，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接上升至所述最小设定温度TMIN，再以所述初始温调步长t0使激光气体检测腔内的温度值从最小设定温度TMIN逐渐上升至所述最大设定温度TMAX；
每增加一个初始温调步长t0，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤3.2，从步骤3.1记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为目标温度C1，基于目标温度C1和所述初始温调步长t0生成温度调整区间CH1；
其中，所述温度调整区间CH1的最小值=所述目标温度C1－所述初始温调步长t0，所述温度调整区间CH1的最大值=所述目标温度C1＋所述初始温调步长t0；
步骤3.3，将所述激光气体检测腔内的温度由最大设定温度TMAX直接下降至所述第一温度调整区间的最大值，再以新温调步长t11使激光气体检测腔内的温度值，从所述第一温度调整区间的最大值逐渐下降至所述第一温度调整区间的最小值；
其中，所述新温调步长t11＜所述初始温调步长t0；
步骤3.4，所述激光气体检测腔内的温度值每下降一个新温调步长t11，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤3.5，从步骤3.4记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度；
步骤4，执行第二温调策略：
步骤4.1，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接下降至所述最大设定温度TMAX，再以所述初始温调步长t0使激光气体检测腔内的温度值从所述最大设定温度TMAX逐渐下降至所述最小设定温度TMIN；
每下降一个初始温调步长t0，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤4.2，从步骤4.1记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为目标温度C2；基于目标温度C2和所述初始温调步长t0生成温度调整区间CL1；
其中，所述温度调整区间CL1的最小值=所述目标温度C2－所述初始温调步长t0，所述温度调整区间CL1的最大值=所述目标温度C2＋所述初始温调步长t0；
步骤4.3，将所述激光气体检测腔内的温度由所述最小设定温度TMIN直接上升至所述温度调整区间CL1的最小值，再以新温调步长t21使激光气体检测腔内的温度值，从所述温度调整区间CL1的最小值逐渐上升至所述温度调整区间CL1的最大值；
其中，所述新温调步长t21＜所述初始温调步长t0；
步骤4.4，所述激光气体检测腔内的温度值每上升一个新温调步长t21，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
步骤4.5，从步骤4.4记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度；
步骤5，根据所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与所述最小设定温度TMIN之间的差值，与所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与最大设定温度TMAX的差值之间的关系，选择不同的温调策略，并以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整；
步骤6，将所述激光气体检测腔内的温度值调整至步骤3、步骤4或者步骤5中修正后的目标温度，开始进入待测气体浓度检测状态。
2.根据权利要求1所述的通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于：所述步骤3及步骤4中，分别利用数字锁相放大提取参考气路信号对应二次谐波；其中，所述参考气路信号指的是激光气体检测设备中参考气路对应的气路信号。
3.根据权利要求2所述的通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于，还包括步骤7：
在进入待测气体浓度检测状态后，读取实时参考气路信号；
判断所述实时参考气路信号对应的气体浓度是否为第一预设标准气体浓度，若是则继续检测待测气体浓度，否则转步骤2进行在线主动标定。
4.根据权利要求1所述的通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于：所述步骤3及步骤4中，分别利用数字锁相放大提取主气路信号对应二次谐波；其中，所述主气路信号指的是不包含参考气路的激光气体检测设备照射标准气体后采集到的气路信号。
5.根据权利要求4所述的通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于，还包括步骤8：
在进入待测气体浓度检测状态后，使激光气体检测设备照射标准气体，并读取实时主气路信号；
判断所述实时主气路信号对应的气体浓度是否为第二预设标准气体浓度，若是则继续检测待测气体浓度，否则转步骤2进行在线主动标定。
6.根据权利要求1所述的通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于，所述步骤5中，选择不同的温调策略，并以动态温调步长对激光气体检测腔内的温度值进行调整时，执行：
判断所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与所述最小设定温度TMIN之间的差值，是否小于所述激光气体检测腔内的初始温度值C0与最大设定温度TMAX的差值，
若是，则将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接下降至所述最小设定温度TMIN，再以设定温调步长ta使激光气体检测腔内的温度值，从所述最小设定温度TMIN逐渐上升至所述最大设定温度TMAX；
否则，将激光气体检测腔内的温度由所述初始温度值C0直接上升至所述最大设定温度TMAX，再以设定温调步长ta使激光气体检测腔内的温度值，从所述最大设定温度TMAX逐渐下降至所述最小设定温度TMIN；
其中，所述设定温调步长ta＜所述初始温调步长t0；
在所述激光气体检测腔内的温度值每增加或者减少一个设定温调步长ta时，利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；
从记录的二次谐波幅值中找出最大值，并将最大值对应的温度值作为修正后的目标温度。
7.根据权利要求1所述的通用型激光气体在线高精度检测方法，其特征在于，所述步骤3还包括步骤3.6：
基于修正后的目标温度和新温调步长t11，生成温度调整区间CH2；其中，所述温度调整区间CH2的最小值=修正后的目标温度－所述新温调步长t11，所述温度调整区间CH2的最大值=修正后的目标温度＋所述新温调步长t11；
将所述激光气体检测腔内的温度由所述温度调整区间CH1的最小值，直接上升至所述温度调整区间CH2的最小值，再以新温调步长t12使激光气体检测腔内的温度值，从所述温度调整区间CH2的最小值逐渐上升至所述温度调整区间CH2的最大值；
所述激光气体检测腔内的温度值每上升一个新温调步长t12，则利用数字锁相放大提取对应二次谐波，计算并记录二次谐波幅值及对应温度值；从记录的二次谐波幅值中找出最大值，并利用最大值对应的温度值对修正后的目标温度进行更新。
8.一种激光气体在线高精度检测系统，其特征在于：包括主光电探测器、I/V转换电路、滤波放大电路、信号采集电路、处理器、激光驱动电路和温控电路，所述主光电探测器、所述I/V转换电路、所述滤波放大电路和所述信号采集电路依次连接，所述信号采集电路、所述激光驱动电路和所述温控电路分别连接所述处理器，所述处理器执行权利要求1至7任一项所述通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤，进行在线主动标定。
9.一种激光气体在线高精度检测设备，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤。
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至7任一项所述的通用型激光气体在线高精度检测方法的步骤。
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