[发明专利]一种基于TDLAS的气体检测系统与方法

说明书

本发明公开一种基于TDLAS的气体检测系统与方法，包括：气体吸收池，两端均设有可导通的光纤；信号发生器，用于产生载波信号；激光发射器，用于接收载波信号产生对应的载波光信号；光电探测管，用于将携带待检测气体信号的已调光信号转换为对应大小的光电流；运算放大器，同相输入端与信号发生器连接，反相输入端与光电探测管的阴极端连接；处理模块，与运算放大器的输出端连接，得到待检测气体的含量信息。本发明可提升检测结果的精准度：通过携带有待检测气体信息的已调光信号及与载波信号同步作用，抵消载波信号，直接得到气体吸收光强的信息。

【技术领域】

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种基于TDLAS的气体检测系统与方法。

【背景技术】

基于健康居住、安全生产等需求，在很多场景中都需要对特定的气体进行检测，例如居室中的甲醛、煤矿与管道中的甲烷等。以甲烷来说，现有的检测传感器有催化燃烧式、半导体电阻式、电化学、红外气体传感器等，而这些产品都需要在现场进行供电，有潜在的产生静电以及电火花的可能；并且，由于传感器特性决定，信号不能远距离传输，导致仪表主体也不能远离现场。由于甲烷属于易燃气体，因此在封闭场景进行气体检测时可能会因产生的电火花与静电产生爆炸，造成安全事故。

另外，目前的基于TDLAS的气体检测方法中，最后在处理最终的输出信号时，难将已调的信号解调，需要多个复杂环节，不计成本，后续环节会引入噪声、导致信号失真和损失，造成后期处理数据量大且检测结果不够精准。

鉴于此，实有必要提供一种基于TDLAS的气体检测系统与方法以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于TDLAS的气体检测系统与方法，旨在从根本上解决现有的气体检测装置因检测时需要供电容易导致气体爆炸的问题，大大简化后期信号处理的难度，提高信噪比和分辨率，提升检测结果的精准度。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于TDLAS的气体检测系统，包括：

气体吸收池；所述气体吸收池的两端均设有可导通的光纤，用于放置到待检测环境中；

信号发生器，用于根据待检测气体的特征吸收光谱控制电源产生相应的载波信号；

激光发射器，用于接收所述信号发生器发送的所述载波信号并产生对应的载波光信号，从而使所述载波光信号通过所述光纤穿过所述气体吸收池；其中，所述载波光信号经过所述气体吸收池之后称为已调制光信号；

光电探测管，用于通过远离发射所述载波光信号一端的光纤接收经过所述气体吸收池中的待检测气体的所述已调制光信号，并将携带待检测气体信息的所述已调制光信号转换为对应大小的光电流；

运算放大器；所述运算放大器的同相输入端与所述信号发生器连接，从而接收所述载波信号；所述运算放大器的反相输入端与所述光电探测管的阴极端连接，从而接收所述光电流；

处理模块，与所述运算放大器的输出端连接，用于对所述运算放大器输出的信号按照预设算法进行分析，从而得到所述待检测环境中的所述待检测气体的含量信息。

在一个优选实施方式中，，所述基于TDLAS的气体检测系统还包括：

幅值跟踪模块，用于根据所述运算放大器的输出信号进行基波幅值识别，然后相应的改变所述运算放大器的同相输入端的通道的增益，使输入到所述运算放大器的同相输入端的信号幅值与输入到运算放大器的反相输入端的信号幅值相匹配。

在一个优选实施方式中，，通过预设的程序算法对所述运算放大器的输出信号进行基波幅值识别，然后相应地改变所述运算放大器的同相输入端的通道增益。

在一个优选实施方式中，，所述光电探测管的阳极端接地，阴极端通过电阻与所述运算放大器的反相输入端连接，并形成负反馈电路，且所述运算放大器的同相输入端还通过电阻网络连接到所述信号发生器的输出。