多成分气体在线检测方法及装置

摘要

一种多成分气体在线检测方法及装置，方法是：对半导体激光器进行电流调谐和温度调谐；半导体激光器经过双调制后，出射的激光经光纤耦合器一部分激光到开放式多光程池，在开放式多光程池内经被测气体的吸收后出射的光再经光纤传输到平衡接收器；光纤耦合器分出的另一部分激光也送入平衡接收器；平衡接收器拾取的信号经前置放大器后送入锁相放大器，再经A/D转换器后送入计算机进行处理。检测装置为依次连接的调制信号发生器、激光驱动器、激光光谱光路、信号调理电路、计算机，计算机还连接调制信号发生器，还通过温度检测/控制器与激光光谱光路相连接。本发明将温度的精确控制转化为温度的精确测量，提高检测的灵敏度和特异性，进而实现对多种气体成分的同时检测。

主权项

1.一种多成分气体在线检测方法，其特征在于，是通过近红外调谐激光光谱对空气中的多种气体进行成分分析和浓度检测，采用多个半导体激光器，分别覆盖不同的波长范围，对多个半导体激光器的激光进行调制，通过半导体制冷器控制半导体激光器的内部温度，在温度的变化过程中进行测量，所需要的精确波长由实时测量的温度值和注入电流计算得到，基于调制谱和多变量建模相结合的方法实现对多种气体的成分分析和浓度测量，首先将开放式多光程池(10)置于测量现场，然后进行检测；所述的检测包括有如下步骤：由调制信号发生器(1)提供高频电流调制信号的激光驱动器(2)通过控制半导体激光器(3、4、5)的注入电流对半导体激光器(3、4、5)进行电流调谐；温度检测/控制器(9)通过半导体激光器(3、4、5)内部的热电制冷器控制激光器的内部温度，改变温度以对半导体激光器(3、4、5)进行温度调谐；半导体激光器(3、4、5)经过温度和电流的双调制后，激光波长得到了调谐，出射的激光通过光纤(7)到光纤耦合器(6)后分出一部分激光再经光纤传输到开放式多光程池(10)，在开放式多光程池(10)内激光发生多次反射，经被测气体的吸收后出射的激光再经光纤(8)传输到平衡接收器(11)；经光纤耦合器(6)分出的另一部分激光也经光纤(8)送入平衡接收器(11)；平衡接收器(11)拾取的信号经前置放大器(12)放大后送入锁相放大器(13、14、15)，再经A/D转换器(16)将模拟信号转换为数字信号后送入计算机(17)进行处理；所述的多变量建模是对计算机获取的多次谐波数据采用偏最小二乘法(PLS)的方法建立定量分析模型，建模过程为：将光谱的多次谐波数据X和待测物理量y提取主成分矩阵T＝[t1，t2，...，tf]和U＝[u1，u2，...，uf]，PLS分解的要求是：使得t1和u1的协方差达到最大：$\mathrm{Cov}(t_1,u_1)=\sqrt{\mathrm{Var}\left(t_1\right)\mathrm{Var}\left(u_1\right)}\mathrm{Corr}(t_1,u_1)\to \max .$将主成分矩阵T和U作线性回归，b为关联系数矩阵U＝Tb+eb＝(TTT)-1TTU对于未知样品的光谱Xun，得到预测值：yun＝Xunb。