一种自适应红外气体检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种自适应红外气体检测装置和方法，涉及红外检测技术领域。本发明专利技术包括，光源模块、开放式气室、自适应处理单元和主控单元；所述的第一光源模块和所述的第二光源模块均用于产生近红外和中红外波段的光波信号，然后输出；所述的第一开放式气室和所述的第二开放式气室用于存放待测气体，并将红外光波信号转化为电信号，然后输出；所述的第一自适应处理单元和第二自适应处理单元，用于对经过气室吸收后的信号进行自适应干扰抑制处理，然后输出；所述的主控单元，用于接收并对自适应干扰抑制处理之后的信号进行处理，并根据处理结果和“浓度-参比值”关系曲线确定待测气体的浓度。能够精确测量复杂环境和干扰下的气体浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外检测技术与应用领域，具体涉及。
技术介绍
在气体检测
，目前常使用手方法有:载体催化、半导体、光干涉等。与这些检测方法相比，利用红外光谱吸收方法检测气体的优点在于:可测气体种类多、测量范围宽、灵敏度高、响应速度快、选择性好、寿命长、适用场合广。因此，红外光谱吸收技术成为检测气体的重要途径。现有红外气体检测系统一般采用双通道差分结构，该结构又细分为双光路差分结构和双波长差分结构。在双光路差分结构中，光源发出的单波长红外光被分为两束，一束经过具有一定浓度的被测气体，到达探测器，称为测量通道；另一束经过参考气室后到达探测器，称为参考通道；对两个通道的信号做参比后表征气体浓度信息。在双波长差分结构下，宽带光源发出的宽带光信号经过含有一定浓度待测气体的气室后，到达双波长探测器，其中一个探测器的波长与待测气体的吸收峰重合，部分光被待测气体吸收，称为测量通道；另一个探测器的波长与待测气体的吸收峰不重合，不被待测气体吸收，称为参考通道；对两个通道的信号做参比后表征气体浓度信息。采用双通道差分结构的目的是为了消除光源驱动电流波动、探测器性能波动、光路中的粉尘颗粒变化等因素对检测结果的影响，从而可显著提高检测系统的稳定性。在红外气体检测仪所应用的实地环境中，受环境参数冲击变化、电路随机噪声、机械噪声声压变化等统计特性无法预知的因素的影响，气体运移/吸附/解吸规律、待测气体分子的红外吸收特性均将发生变化。在现有技术中:传统的差分式检测结构仅能消除上述部分因素的影响，即能抑制同时对两个通道产生相同影响的干扰因素，而无法抑制仅影响单个通道的噪声因素；采用经典电域滤波法仅能抑制或滤除统计特性已知的噪声，而无法滤除统计特性不可预知的干扰；针对检测仪环境参数的变化，人们一般采用温度、压力补偿的方法来消除二者对检测性能的影响；但这种方法仅能用于温度、压力缓慢变化的情况，而无法用于冲击变化的情况。因此，无论是差分结构还是温、压补偿方法均无法较为全面的抑制或滤除环境参数冲击变化、电路随机噪声、机械噪声声压变化等统计特性无法预知的因素。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了。由于采用了光/电两域自适应信号处理方式，本专利技术解决了传统差分式红外气体检测仪器及其所采用的经典电域滤波法无法滤除上述光/电两域统计特性无法预知的噪声的技术难题，从而为复杂环境和干扰下的气体精确测量提供了解决方案。为了解决以上技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现:本专利技术公开了一种自适应红外气体检测装置，包括:第一光源模块、第二光源模块、第一开放式气室、第二开放式气室、第一自适应处理单元、第二自适应处理单元和主控单元；所述的第一光源模块和所述的第二光源模块均用于产生近红外和中红外波段的光波信号，然后输出；所述的第一开放式气室和所述的第二开放式气室用于存放待测气体，吸收与待测气体吸收峰一致的光波信号，并将光波信号转化为电信号，然后输出；所述的第一自适应处理单元和第二自适应处理单元，用于对经过气室吸收后的信号进行自适应干扰抑制处理，然后输出；所述的主控单元，用于接收并对自适应干扰抑制处理之后的信号进行处理，并根据处理结果和“浓度-参比值”关系曲线确定待测气体的浓度。优选的，所述的气体检测装置还包括:第一驱动单元、第二驱动单元、第一放大滤波单元、第二放大滤波单元、第三放大滤波单元和第四放大滤波单元；所述的第一驱动单元和第二驱动单元用于接收来自于所述主控单元的驱动信号，产生用于控制光源模块的电信号；所述的第一驱动单元包括:直流信号产生模块、调制信号产生模块、加法器模块和压控恒流模块；所述的直流信号产生模块产生直流信号，所述的调制信号产生模块产生调制信号，所述的加法器模块接收所述的直流信号产生模块和调制信号产生模块产生的电信号，将两信号相加，并输出；所述的压控恒流模块与加法器模块电连接；所述的第二驱动单元包括直流信号产生模块和压控恒流模块，所述的直流信号产生模块接收来自主控单元的电信号，产生直流信号，并输出；所述的压控恒流模块与所述的直流信号产生模块电连接，用于控制电流的强度，并输出；所述的第一放大滤波单元、第二放大滤波单元、第三放大滤波单元和第四放大滤波单元结构相同，均包括前置放大模块、滤波模块、主放大模块；所述的前置放大模块与所述的滤波模块电连接，所述的滤波模块和所述的主放大模块电连接，用于对所述开放性气室输出的电信号进行滤波和放大。优选的，所述的第一开放式气室和第二开放式气室均具有一个探测器，所述的探测器上均具有两个敏感窗口，其中一个敏感窗口的响应波长对应待测气体的吸收峰，另一个敏感窗口的响应波长偏离待测气体的吸收峰。优选的，所述的主控单元包括DSP处理器模块、供电模块、IXD显示模块、参数设置模块、数据存储模块和辅助模块；所述的DSP处理器模块产生三路驱动信号，输出给所述的第一驱动单元上的直流信号产生模块和调制信号产生模块、所述的第二驱动单元上的直流信号产生模块；所述DSP处理器模块通过IXD接口与所述的IXD电连接，所述DSP处理器模块通过按键接口与所述的参数设置模块电连接，所述DSP处理器模块与分别与所述的第一自适应信号处理单元和所述的第二自适应信号处理单元电连接，所述的DSP处理器模块分别与所述的数据存储模块、辅助模块电连接。优选的，所述的第一自适应信号处理单元和第二自适应信号处理单元结构相同，均包括采样保持模块、AD转换模块和自适应信号处理模块，采样保持模块接收来自于放大滤波单元和所述自适应信号处理模块反馈的信号，进行采样，并输出；所述的AD转换模块接收来自所述采样保持模块的信号，将电信号转换成数字信号，并输出；所述的自适应信号处理模块接收来自于所述的AD转换模块的数字信号和所述主控单元的参数信号，进行自适应干扰抑制处理，将反馈信息输出到所述的采样保持模块，并将结果输出到主控单元。优选的，所述的AD转换模块可同时采集两路模拟信号。一种自适应红外气体检测方法，其特征在于包括以下步骤:S1:驱动单元产生两路不同的光源驱动信号，一路为叠加有直流信号的交流信号，另一路为直流信号；S2:S1中所述的两路电信号分别驱动光源模块产生两路红外光信号，两路红外光信号具有相同的波长范围，区别在于，第一路光信号为被调制的光信号，第二路光信号为未被调制的光信号；S3:S2中所述的两路光信号经过待测气体后，第一路电信号产生两路含噪信号，第二路电信号产生两路噪声信号；S4:对S3中的四路信号进行滤波、放大处理；S5:将一路含噪信号和与其对应的一路噪声信号为一组输入信号，进行自适应干扰抑制处理，得到参考信号和测量信号；S6:对S5得到的参考信号和测量信号作差，将差值与参考信号做比值处理，得到参比值；根据计算得到的参比值和“浓度-参比值”关系曲线，计算出待测气体的浓度。优选的，自适应干扰抑制处理的步骤如下:I)设定自适应滤波器的滤波系数初值，包括前向/后向滤波系数、前向/后向误差因子、加权系数、增益系数，并初始化噪声信号序列和含噪信号序列的值；2)按照设定采样频率，发出采样保持信号，而后采集对应的两路信号，包括一路含噪信号和与其对应的一路噪声信号，并将其构成当前轮次的含噪信号序列和噪声信号序列；3)根据滤波器各系数初值或上一轮次计算得到的滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应红外气体检测装置，包括：第一光源模块、第二光源模块、第一开放式气室、第二开放式气室、第一自适应处理单元、第二自适应处理单元和主控单元；所述的第一光源模块和所述的第二光源模块均用于产生近红外和中红外波段的光波信号，然后输出；所述的第一开放式气室和所述的第二开放式气室用于存放待测气体，吸收与待测气体吸收峰一致的光波信号，并将光波信号转化为电信号，然后输出；所述的第一自适应处理单元和第二自适应处理单元，用于对经过气室吸收后的信号进行自适应干扰抑制处理，然后输出；所述的主控单元，用于接收并对自适应干扰抑制处理之后的信号进行处理，并根据处理结果和“浓度‑参比值”关系曲线确定待测气体的浓度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑传涛，叶玮琳，郑悦，王一丁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22