(19)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 202210250548.6 (22)申请日 2022.03.10 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430000 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 宋宝　周向东　姜茂文　唐小琦　 张泽之　林志鹏　余文韬　高天赐　 (74)专利代理 机构 武汉蓝宝石专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 42242 专利代理师 范三霞 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G05D 23/19(2006.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置及 方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于TDLAS的宽域气体浓度 检测装置及方法， 其装置包括： 激光器驱动模块， 用于提供温度可调和频率可调的激发光源； 以及 为计算模块提供参考信号； 光电转化采集模块， 用于采集激发光源在气体吸收池中经待测气体 吸收后产生的采样信号； 计算模块， 用于对采样 信号和参考信号进行锁相放大， 得到二次谐波； 以及对所述二次谐波进行多级滤波去噪， 并根据 去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。 本发明通 过低频的锯齿波和 高频的正弦波的信号调制和 激光器的温度控制保证激发光源的稳定性， 并结 合多级滤波降低环境噪声对低浓度气体检测的 影响， 提升了气体检测浓度的下限， 进一步提高 气体检测的稳定性和准确性。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 114594070 A 2022.06.07 CN 114594070 A 1.一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置， 其特 征在于， 包括： 激光器驱动模块， 用于提供温度可调和频率可调的激发光源； 以及为计算模块提供参 考信号； 光电转化采集模块， 用于采集激发光源在气体吸收池中经待测气体吸收后产生的采样 信号； 计算模块， 用于对采样信号和参考信号进行锁相放大， 得到二次谐波； 以及对所述二 次 谐波进行多级滤波去噪， 并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。 2.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置， 其特征在于， 所述激光 器驱动模块包括波形生成模块、 温度控制模块、 模拟开关和压控恒流源 模块， 所述波形生成模块， 用于生成多种不同频率和/或波形的数字信号， 以及将多种数字信 号转化为模拟信号； 所述温度控制模， 用于控制激光器的温度； 所述压控恒流源 模块， 用于将模拟信号中的电压信号 转换为电流信号。 3.根据权利要求2所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置， 其特征在于， 所述波形 生成模块包括 生成模块和转 化模块， 所述生成模块， 用于产生低频的锯齿波信号和高频正弦波信号， 及其对应的二倍频信 号； 所述转化模块， 用于将所述低频的锯齿波信号和所述高频正弦波信号转化为对应的模 拟信号。 4.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置， 其特征在于， 所述计算 模块包括锁相放大器、 多 级滤波器和反演模块， 所述锁相放大器， 用于对 采样信号和参 考信号进行锁相放大， 得到二次谐波； 所述多级滤波器， 用于对所述 二次谐波 进行多级滤波去噪； 所述反演模块， 用于根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。 5.根据权利要求4所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置， 其特征在于， 所述多级 滤波器包括积分梳状滤波器、 平滑滤波器和周期滤波模块， 所述分梳状滤波器的输出作为 所述平滑滤波器的输入， 其中： 所述积分梳状滤波器的表达式为： y(n)表示第n个时刻的输出， x(n)表示第n个时刻的输入， h(n)表示冲激响应函数， N表 示抽样倍数； 所述平滑滤波器的表达式表示 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114594070 A 2其中Rt为平滑滤波器 的滤波结果， gt－m表示t‑m时刻的观测值， n表示滑动窗口半径， ω 表示观测值的权 重， 表示t时刻时观测值的平均权 重。 6.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测装置， 其特征在于， 所述光电 转化采集模块包括可变放大模块， 所述可变放大模块可通过自适应调节的放大电路调节采样信号的采集精度。 7.一种基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法， 其特 征在于， 包括： 确定待测气体的激发光源和参 考信号， 并将其发出的激光进入气体吸 收池中； 采集激发光源在气体吸 收池中经待测气体吸 收后产生的采样信号； 对采样信号和参 考信号进行锁相放大， 得到二次谐波； 对所述二次谐波 进行多级滤波去噪， 并根据去噪后的二次谐波反演待测气体浓度。 8.根据权利要求7所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法， 其特征在于， 所述多级 滤波去噪通过多 级积分梳状滤波器和SG平 滑滤波器级联实现。 9.一种电子设备， 包括： 一个或多个处理器； 存储装置， 用于存储一个或多个程序， 当所 述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行， 使得所述一个或多个处理器实现如权利 要求7至8任一项所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法。 10.一种计算机可读介质， 其上存储有计算机程序， 其中， 所述计算机程序被处理器执 行时实现如权利要求7至8任一项所述的基于TDLAS的宽域气体浓度检测方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114594070 A 3