一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法及系统技术方案

本申请提供一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法及系统。方法包括：确定目标吸收光谱区间、目标吸收光谱、每一种待测气体的目标检测波长以及干扰气体，对干扰气体进行光谱检测，得到干扰气体的吸收光谱；根据吸收光谱，确定相对吸光度系数；对所有待测气体的混合气体进行光谱检测，得到混合气体的吸收光谱；进而得到拥有独立峰的待测气体的吸光度；根据相对吸光度系数、拥有独立峰的待测气体的吸光度，计算待测气体的实际吸光度计算混合气体中的待测气体的浓度。本申请提供的方法可同时检测多种待测气体的浓度，不需要设置额外的硬件设备，降低了成本，也不存在降低气体吸收强度和检测下限的问题，更利于检测设备的小型化和微型化。化和微型化。化和微型化。

【技术实现步骤摘要】
一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法及系统


[0001]本申请涉及光谱检测
，尤其涉及一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法及系统。

技术介绍

[0002]可调谐二极管激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS)作为一种常用的气体检测方法，现已广泛应用于矿产开发、化学化工、环境监测等行业，具有灵敏度高、稳定性好、检测精度高、使用寿命长等优点。
[0003]针对煤矿自燃发火预警和天然气泄漏检测等应用场景，需要实现对多组分气体的同时检测。煤炭自燃发火预警根据煤炭自燃发火的不同阶段通常会产生不同的标志气体，因此可以通过对多种不同的标志性气体进行准确检测并判断煤炭发火状态，进而做到提前预警。
[0004]而对于天然气泄漏的检测通常需要同时检测甲烷、乙烷两种气体以排除沼气的干扰，目前常用的多种气体同时检测方法主要有降低气室压强的方法和通过多个激光器分别对每一种气体进行检测的方法。对于多激光器检测法通常需要多个气室配合使用，使用成本较高，也不利于产品小型化，降低气室压强的方法需要配置额外的真空泵，使用成本较高。

技术实现思路

[0005]本申请提出一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法及系统，以解决多种气体成分同时检测的过程中，使用成本较高，不利于产品小型化的技术问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法，包括：确定待测气体对应的目标吸收光谱区间，根据所述目标吸收光谱区间确定目标吸收光谱以及确定每一种所述待测气体的目标检测波长，其中，所述目标检测波长是所述待测气体在所述目标吸收光谱内最高的吸收峰的峰值对应的波长，所述目标吸收光谱包括每一种所述待测气体在所述目标吸收光谱区间内的吸收光谱；根据每一种所述待测气体的目标检测波长确定每一种所述待测气体的干扰气体，并分别对每一种所述干扰气体进行光谱检测，得到每一种所述干扰气体的吸收光谱；根据每一种所述干扰气体的吸收光谱，确定每一种所述干扰气体在其他所述待测气体的所述目标检测波长处相对于所述干扰气体自身的所述目标检测波长处的相对吸光度系数；对所有所述待测气体的混合气体进行光谱检测，得到所述混合气体的吸收光谱；根据所述混合气体的吸收光谱，得到拥有独立峰的所述待测气体的吸光度；根据每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有所述独立峰的所述待测气体的吸光度，计算所述混合气体中每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度；根据每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度，计算所述混合气体中的每一种所述待测气体的浓度。
[0007]本申请一些实施例中，所述根据每一种所述待测气体的目标检测波长确定每一种
所述待测气体的干扰气体，包括：确定在所述待测气体的目标检测波长处的吸光度不为零的其他所述待测气体，将所述吸光度不为零的其他所述待测气体确定为所述待测气体的干扰气体。
[0008]本申请一些实施例中，所述根据每一种所述干扰气体的吸收光谱，确定每一种所述干扰气体在其他所述待测气体的所述目标检测波长处相对于所述干扰气体自身的目标检测波长处的相对吸光度系数，包括：确定每一种所述干扰气体在自身的目标检测波长处的第一吸光度；确定每一种所述干扰气体在其他所述待测气体的目标检测波长处的第二吸光度；对于每一种所述干扰气体，将所述第二吸光度与所述第一吸光度的比值作为所述干扰气体的相对吸光度系数。
[0009]本申请一些实施例中，所述根据所述混合气体的吸收光谱，得到拥有独立峰的所述待测气体的吸光度，包括：在所述目标吸收光谱中确定所述独立峰；在所述混合气体的吸收光谱中，根据所述独立峰确定拥有所述独立峰的所述待测气体的吸光度；其中，所述独立峰对应的所述目标检测波长处其余所述待测气体的吸光度均为零。
[0010]本申请一些实施例中，根据每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有所述独立峰的所述待测气体的吸光度，计算所述混合气体中每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度，包括：对所述混合气体中的每一种所述待测气体的目标检测波长处建立吸光度方程组；将每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有所述独立峰的待测气体的吸光度带入所述吸光度方程组，得到所述混合气体中每一种所述待测气体的实际吸光度。
[0011]本申请一些实施例中，所述吸光度方程组为：
[0012][0013]其中，a
11
、a
12
…
a
1n
、a
21
、a
22
…
a
2n
、a
n1
、a
n2
…
a
nn
为所述目标检测波长处，所述待测气体的相对吸光度系数；γ1、γ2…
γ
n
为所述待测气体在各自目标检测波长的实际吸光度；A1、A2…
A
n
为所述混合气体的吸收光谱中，所述目标检测波长对应的吸光度叠加总和；n为所述待测气体的数量。
[0014]本申请一些实施例中，所述确定待测气体对应的目标吸收光谱区间，包括：确定多种所述待测气体中的最大波长和最小波长；在覆盖所述最大波长和所述最小波长的波长范围内生成所述目标吸收光谱区间。
[0015]本申请一些实施例中，所述根据每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度，计算所述混合气体中的每一种待测气体的浓度，包括：根据气体吸光度与气体浓度的关系，通过用标准气体检测的方法，得到标定函数；将所述混合气体中的实际吸光度带入所述标定函数中，得到所述混合气体中的每一种所述待测气体的浓度。
[0016]本申请第二方面提供了一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测系统，包括：信号发生器，被配置为：输出调制信号；激光器，与所述信号发生器相连，被配置为：接收所述调制信号，根据所述调制信号输出第一光信号，其中，所述第一光信号的输出波长范围能够覆盖目标吸收光谱区间；光电探测模块，被配置为：接收第二光信号，将所述第二光信号转
换为电信号，其中，所述第二光信号为所述第一光信号被气体吸收后产生的带有待测气体浓度信息的光信号；数据采集模块，与所述光电探测模块相连，被配置为：接收所述电信号，将所述电信号转换为数字信号；上位机，与所述数据采集模块相连，被配置为：接收所述数字信号，基于所述数字信号计算每一种干扰气体在其他待测气体的目标检测波长处相对于所述干扰气体自身的目标检测波长处的相对吸光度系数，以及，根据每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有独立峰的所述待测气体的吸光度，计算混合气体中每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度；所述上位机还被配置为：根据每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度，计算所述混合气体中的每一种所述待测气体的浓度。
[0017]本申请一些实施例中，还包括：激光器控制器和准直透镜；所述激光器控制器与所述信号发生器和所述激光器分别连接，被配置为，接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法，其特征在于，包括：确定待测气体对应的目标吸收光谱区间，根据所述目标吸收光谱区间确定目标吸收光谱以及确定每一种所述待测气体的目标检测波长，其中，所述目标检测波长是所述待测气体在所述目标吸收光谱内最高的吸收峰的峰值对应的波长，所述目标吸收光谱包括每一种所述待测气体在所述目标吸收光谱区间内的吸收光谱；根据每一种所述待测气体的目标检测波长确定每一种所述待测气体的干扰气体，并分别对每一种所述干扰气体进行光谱检测，得到每一种所述干扰气体的吸收光谱；根据每一种所述干扰气体的吸收光谱，确定每一种所述干扰气体在其他所述待测气体的所述目标检测波长处相对于所述干扰气体自身的所述目标检测波长处的相对吸光度系数；对所有所述待测气体的混合气体进行光谱检测，得到所述混合气体的吸收光谱；根据所述混合气体的吸收光谱，得到拥有独立峰的所述待测气体的吸光度；根据每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有所述独立峰的所述待测气体的吸光度，计算所述混合气体中每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度；根据每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度，计算所述混合气体中的每一种所述待测气体的浓度。2.根据权利要求1所述的消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法，其特征在于，所述根据每一种所述待测气体的目标检测波长确定每一种所述待测气体的干扰气体，包括：确定在所述待测气体的目标检测波长处的吸光度不为零的其他所述待测气体，将所述吸光度不为零的其他所述待测气体确定为所述待测气体的干扰气体。3.根据权利要求2所述的消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法，其特征在于，所述根据每一种所述干扰气体的吸收光谱，确定每一种所述干扰气体在其他所述待测气体的所述目标检测波长处相对于所述干扰气体自身的目标检测波长处的相对吸光度系数，包括：确定每一种所述干扰气体在自身的目标检测波长处的第一吸光度；确定每一种所述干扰气体在其他所述待测气体的目标检测波长处的第二吸光度；对于每一种所述干扰气体，将所述第二吸光度与所述第一吸光度的比值作为所述干扰气体的相对吸光度系数。4.根据权利要求1所述的消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法，其特征在于，所述根据所述混合气体的吸收光谱，得到拥有独立峰的所述待测气体的吸光度，包括：在所述目标吸收光谱中确定所述独立峰；在所述混合气体的吸收光谱中，根据所述独立峰确定拥有所述独立峰的所述待测气体的吸光度；其中，所述独立峰对应的所述目标检测波长处其余所述待测气体的吸光度均为零。5.根据权利要求1所述的消除交叉干扰的多种气体浓度的检测方法，其特征在于，根据每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有所述独立峰的所述待测气体的吸光度，计算所述混合气体中每一种所述待测气体在所述目标检测波长处的实际吸光度，包括：对所述混合气体中的每一种所述待测气体的目标检测波长处建立吸光度方程组；将每一种所述干扰气体的相对吸光度系数、拥有所述独立峰的待测气体的吸光度带入所述吸光度方程组，得到所述混合气体中每一种所述待测气体的实际吸光度。
6.根据权利要求5所述的消除交叉干扰的多种气体浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳芳，张宇，张秦端，张婷婷，魏玉宾，宫卫华，王兆伟，刘冠铖，李彬恺，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：