【CN110057778A】一种气体浓度检测装置及方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910190374.7

(22)申请日 2019.03.13

(71)申请人 武汉信达易通科技有限公司

地址 430000 湖北省武汉市东湖高新技术

开发区武汉大学科技园武大航域一期

A1座6层

(72)发明人 程乐顺　

(74)专利代理机构 北京华夏正合知识产权代理

事务所(普通合伙) 11017

代理人 陈晓宁　王雪飞

(51)Int.Cl.

G01N 21/39(2006.01)

G01N 21/01(2006.01)

(54)发明名称

一种气体浓度检测装置及方法

(57)摘要

本发明公开了一种气体浓度检测装置及方

法，包括依次循环连接的主控单元、光发射单元、

气室单元、光接收单元；所述主控单元包括控制

器、数据存储器以及DA/AD转换器；所述光发射单

元包括与被检测气体吸收光谱相适应的特定波

长的激光器、以及该激光器的驱动电路；所述气

室单元包括全反射镜和漫反射镜；所述光接收单

元包括光探测器和将所述光探测器输出的微小

电压放大的放大电路。本发明使用接收到的多个

锯齿波电压信号的平均值并作数字滤波和二次

求导后得到的二次谐波数据，作为解算气体浓度

值的基础数据，能够克服激光器受外部环境影响

产生的轻微波长波动，以及克服不同激光器由于

生产工艺造成的中心波长的轻微差异，保证气体

浓度解算的精度和稳定度。权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 110057778 A 2019.07.26

C N 110057778

A

权　利　要　求　书1/2页CN 110057778 A

1.一种气体浓度检测装置，其特征在于，包括依次循环连接的主控单元、光发射单元、气室单元、光接收单元；

所述主控单元包括控制器、数据存储器以及DA/AD转换器；

所述光发射单元包括与被检测气体吸收光谱相适应的特定波长的激光器、以及该激光器的驱动电路；

所述气室单元包括全反射镜和漫反射镜；

所述光接收单元包括光探测器和将所述光探测器输出的微小电压放大的放大电路。

2.如权利要求1所述的气体浓度检测装置，其特征在于，还包括与所述主控单元连接的温度和气压检测单元，用于向所述主控单元提供温度和气压信息。

3.如权利要求1所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述控制器上电之后延迟一段时间，待所述激光器工作稳定、被测气体均匀分布于气室单元之后，再驱动所述激光器工作和解算气体浓度。

4.如权利要求1所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述主控单元以间歇工作方式将锯齿波信号序列，通过所述光发射单元的激光器的驱动电路施加于光发射单元的激光器。

5.如权利要求4所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述主控单元在发射一次锯齿波信号序列之后，将控制器进入睡眠模式并保持一段时间，之后再次进入正常模式并发射下一次锯齿波信号序列。

6.如权利要求5所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述锯齿波信号序列由前M个短周期锯齿波和后N个长周期锯齿波构成；

所述前M个短周期锯齿波用于预热激光器，使间歇式工作的激光器状态稳定；

所述后N个长周期锯齿波信号电压经所述激光器的驱动电路转换后产生电流，覆盖激光器正常工作电流的全范围，其产生电流的起点从激光器的阈值电流开始，以一定步长逐渐增加至激光器正常工作电流的上限附近。

7.如权利要求5所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述主控单元在发射一次锯齿波信号序列之后，将所述光接收单元收到的M个短周期锯齿波电压信号丢弃，使用后N个长周期锯齿波电压信号的平均值，采用滑动窗口平均的方法做数字滤波，之后的数据再二次求导取出二次谐波，作为解算气体浓度值的基础数据。

8.如权利要求1所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所述气室单元还包括用于将保证所述激光器的出射光和所述光探测器的入射光在同一水平面和同一垂直方向上的机械结构件；

所述激光器的出射光以45度角入射到所述全反射镜，所述全反射镜的出射光以45度角入射到所述漫反射镜。

9.一种采用如权利要求1-8中任一项所述的气体浓度检测装置的气体浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、主控单元的控制器上电之后延迟一段时间，待光发射单元的激光器工作稳定、被测气体均匀分布于气室单元之后，再驱动所述激光器工作和解算气体浓度；

S20、主控单元以间歇工作方式将锯齿波信号序列，通过光发射单元的激光器的驱动电路施加于光发射单元的激光器；

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