[发明专利]一种检测目标气体浓度的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种目标气体是弱吸收气体时检测目标气体浓度的方法及装置。 

背景技术

应用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)方法进行气体浓度检测时，一般采用波长调制技术(WMS)，通过扫描交流信号的直流偏置点来扫描波长的中心频率，从而得到吸收峰附近信号二次谐波的变化曲线。由于激光器PI曲线在线性区并非绝对的直线，加上系统中的非线性因素如放大器，模数转换(AD)等引入的非线性，即使在待测气体浓度为零的时候，得到的二次谐波值也不会完全为0，而是存在一个本底。在大多数情况下，由于气体对光的吸收造成的非线性要比这个本底大得多，因此可以忽略这个本底，认为二次谐波的峰值点就是吸收峰中心位置，并且根据该位置二次谐波的幅值计算待测气体的含量，并且根据该位置的一次谐波强度表征当前的激光强度，消除光强对测量结果的影响。 

当待测气体的浓度很低时，由于本底的形状起伏，单纯的二次谐波峰值已经不再可以表征吸收峰的位置，下面以一氧化氮气体为例，进行说明。 

如图1所示，图1中左图是NO浓度从0-1000ppm时的二次谐波扫描曲线的变化曲线，右图是各曲线减去0ppm后的曲线，也即是减去本底后的变化曲线。实际的吸收峰位置应该是右图中二次曲线的峰值位置，也就是图1右图所示的70对应的位置，而如果不扣除本底，二次曲线的峰值位置在图1左图所示的85左右。 

现有的解决上述问题的方法是双路平衡法，即一路参考光路，一路探测光路，让参考光路通过高浓度的目标气体，而探测光路通过实际待测气体；通过调整直流电流点使得两路测得的一次谐波相等来锁定吸收峰的位置。从而可以无视本底得到吸收峰的位置。这种方法至少存在以下问题： 

1、由于增加了一条参考光路，增加了体积和成本； 

2、由于参考光路与探测光路处于不同的环境，无法消除由于散射等原因所导致的光强损失所带来的影响，因此无法准确地消除本底所造成的影响。 

发明内容

本发明实施例提供一种检测目标气体浓度的方法及装置，在不增加体积和成本的条件下能够准确计算气体浓度，消除本底的影响。 

本发明公开了一种检测目标气体浓度的方法，用于待测气体中的目标气体对激光吸收强度与本底相当的情况下，所述方法包括： 

选择目标气体及参比气体； 

选择目标气体的一个吸收峰作为目标吸收峰，选择参比气体的一个吸收峰作为参比吸收峰； 

获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度； 

根据所述目标吸收峰所对应电流值处的二次谐波的强度及参比吸收峰所对应电流值处的基波强度获得待测气体的中目标气体的浓度。 

其中，所述获得参比吸收峰所对应电流值处的基波强度；利用目标吸收峰及参比吸收峰所对应的电流值的差值，获得待测气体中目标吸收峰所对应电流值处由于吸收产生的二次谐波强度的步骤包括： 

在目标气体的浓度超过第一预设值时，测量目标吸收峰和参比吸收峰中心位置分别所对应的激光器的电流值，计算二者的电流差值ΔD，并保存； 

在无目标气体的气体中，测量参比吸收峰中心位置所对应电流值D₂₀，并测量电流值D₂₀处的一次谐波的幅值A₀，以及同等条件下电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，并保存； 

测量待测气体中参比吸收峰中心位置所对应的电流值D₂，并测量电流值D₂处的一次谐波幅值A；再测量激光器电流值为D₁＝D₂-ΔD位置的二次谐波值I_2f侧；利用已保存的在无待测气体的条件下测量得到的参比吸收峰的一次谐波的幅值A₀，以及电流值为(D₂₀-ΔD)处的二次谐波值I_2f0，计算本底f(A)＝I_2f0×A/A₀，令激光器电流为D₁的目标吸收峰二次谐波强度I_2f＝I_2f测-f(A)。