一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法
阅读说明：本技术 一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法 (Reference gas chamber gas absorption peak profile center retrieval method ) 是由 郭清华 张书林 于庆 孙世岭 樊荣 槐利 饶兴鑫 梁光清 张远征 王尧 王博文 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法,属于气体检测领域。该方法包括以下步骤：激光器注入波长扫描调制电流；采集参考气室吸收波形数组；计算出抽样波形数据的斜率数据组；计算平均斜率值,检索出斜率最小值、斜率最大值及其对应的序号；激光器吸收峰中心轮廓快速判定规则：设定偏移量绝对值判定阀值,对应的大小关系,实现吸收峰轮廓中心位置判定和计算；发送结果给激光器中心回归调节模块。本发明通过快速识别激光器吸收峰轮廓中心是否还在有效扫描波形内及对应位置,输出给中心自动回归调节模块实现正确快速粗调将中心调节回来,以保证后续谐波解调算法的有效性。(The invention relates to a method for searching the profile center of a gas absorption peak of a reference gas chamber, belonging to the field of gas detection. The method comprises the following steps: injecting wavelength scanning modulation current into the laser; collecting an absorption waveform array of a reference air chamber; calculating a slope data group of the sampled waveform data; calculating an average slope value, and searching a slope minimum value, a slope maximum value and a corresponding serial number thereof; the laser absorption peak center profile rapid determination rule is as follows: setting an absolute value judgment threshold value of the offset, and realizing judgment and calculation of the central position of the profile of the absorption peak according to the corresponding magnitude relation; and sending the result to a laser center regression adjusting module. According to the invention, whether the center of the profile of the absorption peak of the laser is still in the effective scanning waveform and the corresponding position is rapidly identified, and the result is output to the center automatic regression adjusting module to realize accurate and rapid coarse adjustment and adjust the center back, so that the effectiveness of a subsequent harmonic demodulation algorithm is ensured.)
技术领域
本发明属于气体检测领域，涉及一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法。
背景技术
目前采用的激光气体检测方法及检测装置，主要安装在工况条件恶劣的环境中长期工作，检测装置容易受到环境异常高温、低温及高湿度等因素影响，导致激光器、温控模块老化以及散热结构耦合效率衰减造成测量偏差过大或者测量失效等现象。采用分光技术结合参考气室的检测装置，在严酷的工作环境中长时间运行后，偶尔会出现激光器中心吸收峰轮廓偏离有效的波长扫描范围过大，导致设备直接报错；或者未有效识别中心吸收峰的位置，导致中心调节模块调节方向错误，导致设备报错的现象。
为了解决上述现象，保证检测装置在恶劣工矿条件下的可靠性，目前急需一种能够快速、可靠判定参考气室气体吸收峰轮廓中心检测算法，以准确判断吸收峰中心轮廓在扫描波形的位置偏离方向实现激光器吸收峰的正确快速粗调，保持检测装置测量精度；如果完全偏离扫描范围，则直接提示检测装置失效，使维护人员能及时更换和维修检测装置，保证工矿企业的长期安全生产
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法。该方法能够对工矿中各种具有参考气室的激光气体浓度装置，进行快速、准确的激光器吸收峰偏离位置判识，并输出给中心自动校正模块实现正确的中心回归调节，保证检测装置的测量精度和可靠性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法，该方法包括以下步骤：
S1：激光器注入波长扫描调制电流F(t)；
F(t)＝ks×t+A×Tune(t)+D (1)
其中：t＝0～Q.T；ks为电流扫描斜率，A为电流调制幅度，Q为调制周期累计量，Tune(t)为周期T的调制函数，D为直流分量；
S2：采集参考气室吸收波形数组SADC_REF[Q.M]；
参考气室波形采样函数：SADC_REF(i)＝Ψ(i)×[ks×i+A×Tune(i)] (2)
其中：i＝0,1,2…N，N＝Q.T/Ts；采样时间间隔Ts＝T/M，M≥3；Ψ(i)为光波衰减系数；
S3：以n.M进行SADC_REF[Q.M]数组等间距抽样，计算出抽样波形数据的斜率数据组RAW_REF[Q/n]；n为正整；
RAW_REF[i]＝[SADC_REF[(i+1)×n.M]-SADC_REF[i×n.M]]/n.M×10 (3)
斜率值被放大10倍，多保留一位有效位；其中：i＝0,1,2…N，N＝Q.T/Ts；
S4：计算平均斜率值KAVR，检索出斜率最小值Kmin、斜率最大值Kmax及其对应的序号；
Kmin＝Min{RAW_REF[i]-KAVR} (5)
Kmax＝Max{RAW_REF[i]-KAVR} (6)
其中：i,min,max∈0～(Q/n-1)；
S5：计算斜率最小值、最大值对应的偏移量绝对值β_Kmin、β_Kmax；
β_Kmax＝|(Kmax-KAVR)|/KAVR×10 (7)
β_Kmin＝|(Kmin-KAVR)|/KAVR×10 (8)
注意，偏移量绝对值被放大10倍，多保留一位有效位；
S6：进行激光器吸收峰中心轮廓快速判定规则；
设定偏移量绝对值判定阀值ΔH，取值3～8，以保证参考气室浓度较低时，算法能识别有效的吸收偏移量；判定β_Kmax、β_Kmin与ΔH对应的大小关系，再根据Kmin、Kmax的位置序号min，max相对位置关系，实现吸收峰轮廓中心位置Cθ判定和计算；
S7：输出Cθ值并发送给激光器中心回归调节模块。
可选的，所述实现吸收峰轮廓中心位置Cθ判定和计具体为：
(1)当偏移量满足β_Kmax<ΔH&&β_Kmin>ΔH时：
①当min>max时，表示吸收峰中心轮廓偏移到波形极端下半部分位置，则：
Cθ＝min×n.M (9)
②否则，Cθ＝0；表示无吸收峰轮廓；
(2)如果满足β_Kmax>ΔH&&β_Kmin<ΔH：
①当max<min，表示吸收峰中心轮廓偏移到波形极端上半部分位置，则：
Cθ＝max×n.M (10)
②否则，Cθ＝0；表示无吸收峰轮廓；
(3)如果满足β_Kmax>＝ΔH&&β_Kmin>＝ΔH：
①当max>＝min&&min>＝10&&min<＝((Q/n)*0.9)时，表示吸收峰中心轮廓在正常检索范围内，则：
Cθ＝(max+min)/2×n.M (11)
后续直接引用参考波形谐波吸收检索算法，进行吸收峰轮廓中心校正；
②当max>＝min&&min>((Q/n)×0.9)时，表示吸收峰中心轮廓偏移到波形最上端位置，则：
Cθ＝(max+min)/2×n.M (12)
③当min>((Q/n)×0.9)时，表示吸收峰中心轮廓偏移到波形极上端位置，正向偏移过大，则：
Cθ＝min×n.M (13)
④当max>＝min&&min<10时，表示吸收峰中心轮廓偏移到波形下半部分位置，则；
Cθ＝(max+min)/2×n.M (14)
⑤当(max<min)时，表示吸收峰中心轮廓移到波形最下端位置，则；
Cθ＝max×n.M (15)
⑥否则，Cθ＝0；表示无吸收峰轮廓；
(4)当β_Kmax，β_Kmin不满足上述(1)、(2)、(3)的条件时，则Cθ＝0；表示无吸收峰轮廓。
可选的，所述采集参考气室吸收波形通过参考气室的气体吸收完成。
可选的，所述S5具体为：通过计算斜率最小值、最大值对应的偏移量绝对值β_Kmin、β_Kmax，并设定偏移量绝对值判定阀值ΔH，取值3～8进行判断，再结合斜率最小值、最大值的位置序号min，max相对位置关系进行吸收峰轮廓中心位置计算。
可选的，所述输出Cθ，Cθ不为0时，传递给激光器中心回归调节模块；Cθ＝0时，提示无吸收峰轮廓，设备失效。
本发明的有益效果在于：本发明能准确判断吸收峰中心轮廓在扫描波形的位置偏离方向，实现激光器吸收峰的正确快速粗调，保持检测装置测量精度；又能快准确判断吸收峰中心轮廓完全偏离扫描范围，直接提示检测装置失效，使维护人员能及时更换和维修检测装置，保证工矿企业的长期安全生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明流程图；
图2为采样数据SADC_REF[2000]波形图。
图3为正常吸收峰曲线；
图4为极端下移吸收峰曲线
图5为极端上移吸收峰曲线；
图6为完全偏离无吸收峰曲线；
图7为本发明硬件原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1为本检测方法的流程图，本发明包括以下步骤：
步骤一：激光器注入波长扫描调制电流F(t)；
F(t)＝11.7×t+100×sine(2π/2×t/0.2)+1520 (1)
其中Q＝200，T＝2ms，Ts＝0.2ms。
步骤二：采集参考气室吸收波形数组SADC_REF[2000]，如图2所示。
参考气室波形采样函数：SADC_REF(i)＝0.5×[ks×i+10×Tune(i)] (2)
其中：i＝0,1,2…2000；采样时间间隔Ts＝0.2ms，M＝10。
步骤三：以M＝10进行SADC_REF[2000]数组等间距抽样，计算出抽样波形数据的斜率数据组RAW_REF[200]的步骤；
RAW_REF[i]＝SADC_REF[(i+1)×10]-SADC_REF[i×10] (3)
其中：斜率值被放大10倍，i＝0,1,2…2000。
步骤四：计算平均斜率值KAVR，检索出斜率最小值Kmin、斜率最大值Kmax及其对应的序号；
Kmin＝Min{RAW_REF[i]-KAVR} (5)
Kmax＝Max{RAW_REF[i]-KAVR} (6)
其中：i,min,max∈(0～199)。
步骤五：计算斜率最小值、最大值对应的偏移量绝对值β_Kmin、β_Kmax；
β_Kmax＝|(Kmax-KAVR)|/KAVR×10 (7)
β_Kmin＝|(Kmin-KAVR)|/KAVR×10 (8)
步骤六：进行激光器吸收峰中心轮廓快速判定规则：
设定偏移量绝对值判定阀值ΔH＝5；
具体判定算法：
(1)如图3所示正常波形，计算出KAVR＝102，β_Kmax＝56，β_Kmin＝45，max＝110，min＝86；满足判定规则(max>＝min&&min>＝10&&min<＝180)的条件，表示吸收峰中心轮廓在正常检索范围内，Cθ＝980。
(2)如图4所示正常波形，计算出KAVR＝98，β_Kmax＝3，β_Kmin＝8，max＝4，min＝20；满足判定规则(β_Kmax<5&&β_Kmin>5)的条件，同时(min>max)，Cθ＝200；表示吸收峰中心轮廓偏移到波形极端下半部分位置。
(3)如图5所示正常波形，计算出KAVR＝94，β_Kmax＝10，β_Kmin＝3，max＝176，min＝190；满足判定规则(β_Kmax>5&&β_Kmin<5)的条件，同时(max<min)，Cθ＝1760；表示吸收峰中心轮廓偏移到波形极端上半部分位置。
(4)如图6所示正常波形，计算出KAVR＝100，β_Kmax＝3，β_Kmin＝2，max＝156，min＝56；β_Kmax，β_Kmin不满足上述[6-(1)、(2)、(3)]的条件时，则Cθ＝0；表示无吸收峰轮廓。
步骤七：输出Cθ值并发送给激光器中心回归调节模块。
图7为本发明硬件原理图。对于送入通过参考气室光束产生的气体吸收波形信号，核心处理器根据本检测算法进行吸收峰轮廓中心位置偏离方向判定，调用激光器中心回归调节模块实现快速粗调，或者输出无吸收峰轮廓提示信息。在本实施例中，激光器采用DFB激光器。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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