[发明专利]采样时延分布式多点激光甲烷检测系统及方法

权利要求书

1.一种采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，其特征在于，包括

激光发射单元，用于提供特定光谱的激光光波；

光分束器，用于将激光发射模块发射出的激光光波转换成若干路光波后分别传输至不同的甲烷检测室；

光电探测单元，用于采集光波经各甲烷检测室中的甲烷吸收后的光信号，并将所述光信号转换成电信号；

处理器，用于同步采样光电探测单元得到的电信号和激光发射单元的驱动电流信号，并使光电探测单元得到的电信号与激光发射单元的驱动电流信号进行互相关处理得到采样波形的采样系数X；当采样系数X大于等于0.98时，将采样得到的电信号进行甲烷浓度计算；当采样系数X小于0.98时，电信号波形自动延时一个采样点，直至修正后的电信号与系统FPGA中保存的驱动电流信号进行互相关处理得到的相关系数X大于等于0.98；最后对进行延时修正后的电信号进行计算处理，即可得到各通道采样的电信号波形对应的甲烷气体浓度；

所述采样系数X的具体计算方法为：

其中，An为激光发射单元的驱动电流信号，信号幅值和长度可变；Bn为系统在驱动电流信号An下光电探测单元得到的电信号，n＝0……1999。

2.根据权利要求1所述的采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，其特征在于，所述激光发射单元包括用于提供激光的DFB激光器以及与所述DFB激光器连接的用于控制DFB激光器发射出特定光谱的激光光波的DFB激光器驱动和温控系统。

3.根据权利要求1或2所述的采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，其特征在于，所述特定光谱的激光光波的中心波长为1653.7nm，扫描范围为1653.6nm～1653.8nm。

4.根据权利要求1或2所述的采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，其特征在于，光分束器转换出的若干路光波通过导光光缆传输至甲烷检测室，光波经甲烷检测室中的甲烷吸收后的光波通过光纤准直器耦合进导光光缆后传输至光电探测单元。

5.根据权利要求1所述的采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，其特征在于，所述光电探测单元包括用于采集光波经甲烷检测室中的甲烷吸收后的光信号的光电检测模块和用于将光信号转换成电信号的信号处理模块。

6.根据权利要求1所述的采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，其特征在于，光电探测单元得到的电信号和激光发射单元的驱动电流信号由同步电路时钟控制，每通道同步采样2000个数据点，采样率为100KS/s。

7.一种采用权利要求1-6任一所述的甲烷检测系统进行甲烷检测的甲烷检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1：将具有特定光谱的激光光波转换成若干路光波后分别传输至不同的甲烷检测室；

S2：采集光波经各甲烷检测室中的甲烷吸收后的光信号，并将所述光信号转换成电信号；

S3：同步采样光电探测单元得到的电信号和激光发射单元的驱动电流信号，并使光电探测单元得到的电信号与激光发射单元的驱动电流信号进行互相关处理得到采样波形的采样系数X；当采样系数X大于等于0.98时，将采样得到的电信号进行甲烷浓度计算；当采样系数X小于0.98时，电信号波形自动延时一个采样点，直至修正后的电信号与系统FPGA中保存的驱动电流信号进行互相关处理得到的相关系数X大于等于0.98；所述采样系数X的具体计算方法为：

其中，An为激光发射单元的驱动电流信号，信号幅值和长度可变；Bn为系统在驱动电流信号An下光电探测单元得到的电信号，n＝0……1999；

S4：对进行延时修正后的电信号进行甲烷浓度计算，得到各通道采样的电信号波形对应的甲烷气体浓度。

8.根据权利要求7所述的甲烷检测方法，其特征在于，所述甲烷浓度计算方法为：对得到采样得到的电信号依次进行锁相放大、谐波提取、滤波处理、线性拟合和温度压强补偿处理。