一种多传感器融合的多组分气体分析方法及系统

本发明涉及气体分析领域，尤其涉及一种多传感器融合的多组分气体分析方法及系统。

背景技术：

1、目前，随着全球工业化的加速发展，环境污染问题日益加重，尤其是温室气体排放造成的气候变化。现如今，应对环境污染导致的气候变化已经是世界各国亟需面对的问题。要解决气候问题，首先就要着手于温室气体的精确检测。时至今日，基于腔衰荡光谱检测技术的发展已经日趋成熟，该技术与传统的基于分光光度法的消光系数测量方法相比，光腔衰荡技术测量的是腔衰荡时间而不是光强度，不受光源光强度波动的影响，因而具有更高的测量灵敏度。

2、在传统的腔衰荡光谱检测技术中，由于水汽几乎在整个红外波段均有一定的吸收作用，因此实际测量的光谱中大多都是包含了水汽背景条件下检测出的结果，这部分对于最后光谱拟合反演浓度会带来较大的误差，因此需要通过一系列校正手段予以消除。

3、除此之外，如何实现多组分气体同时检测也一直是该技术亟需解决的问题。对于水汽干扰问题，目前常用的方式是利用露点仪对标气施加不同露点温度，通过测量多组不同露点温度下的标气浓度最后在算法层面对干扰进行校正。但是该技术通常缺少能够实时准确控制或是测量气体湿度的装置，从而无法实时测量不同样品湿度下设备的水汽校正偏差。

4、而对于多组分气体同时检测这一问题，目前常见的做法是在系统内增加对应气体吸收波长的激光器抑或是不同长度的谐振腔，通过一系列复杂的光路结构将不同波长的激光分别注入到腔内进行气体检测。该技术虽然能够实现一台设备的多组分气体检测功能，但几乎每增加一类气体则需对应增加一台激光器或是谐振腔；而当需要实现多组分气体同时检测时，则需同时增加一台激光器和谐振腔，反应出的问题就是设备体积增大，花费的成本也随之增加。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提出一种多传感器融合的多组分气体分析方法及系统，解决现有技术在气体检测时易受到水汽干扰且多气体同时检测成本高昂的技术问题。

2、一种多传感器融合的多组分气体分析系统，包括：

3、激光诱导击穿光谱libs子系统和腔衰荡光谱检测crds子系统；

4、libs子系统用于多组分气体的元素检测；crds子系统用于特定气体浓度检测；

5、通过三通针阀将待测的多组分气体分路，分别通入libs子系统和crds子系统，最后根据获得多组分气体检测结果。

6、一种多传感器融合的多组分气体分析方法，应用于一种多传感器融合的多组分气体分析系统，包括以下步骤：

7、s1、通过三通针阀将待测的多组分气体分路，分别通入libs子系统和crds子系统；

8、s2、利用libs子系统获取多组分气体的元素浓度；利用crds子系统获取多组分气体中特定气体的浓度；

9、s3、根据不同元素浓度占比以及特定气体浓度，计算除特定气体以外的其它各气体的浓度。

10、本发明提供的有益效果是：

11、1.通过在crds子系统中引入libs子系统，即可完成多组分气体同时检测的功能。此外，libs系统还可同时检测气体中水汽浓度，该浓度可通过算法帮助crds系统完成水汽的准确校正。

12、2.libs系统相较于传统的crds多组分气体检测技术具有多组分同时在线分析的优点，未来可用于更加复杂组分的混合气体检测应用场景。

13、3.libs系统相较于传统crds多组分气体检测技术具有结构简单复用性强等优势，系统体积可做到手持式设备的大小，减少了系统的体积负担。

1.一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：系统包括：

2.如权利要求1所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述libs子系统包括：脉冲激光器、第一准直透镜组、第二准直透镜组、libs系统气室。

3.如权利要求2所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述脉冲激光器发射脉冲激光，依次通过第一准直透镜组、第二准直透镜组，进入libs系统气室；libs系统气室还包括：libs气室出气口和libs气室进气口；libs气室进气口通过进气针阀与三通针阀的一路连接。

4.如权利要求1所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述crds子系统包括：dfb激光器、非球面准直透镜、声光调制器、模式匹配透镜、偏振分束器、光学隔离器、谐振腔、第一聚焦透镜和光电探测器。

5.如权利要求4所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述dfb激光器发出激光，依次通过非球面准直透镜、声光调制器、模式匹配透镜、偏振分束器、光学隔离器后，进入谐振腔；

6.如权利要求3所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述crds子系统还包括：激光控制模块、声光调制器aom控制模块、数据采集模块和光谱分析模块；其中，激光控制模块为dfb激光器施加锯齿波型调制；声光调制器aom控制模块控制声光调制器完成斩波动作；光电探测器分别向数据采集模块和光谱分析模块发出信号采集指令，由光谱分析模块采集偏振分束器分束出来的激光波长值以及由数据采集模块采集衰荡信号。

7.如权利要求5所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述libs子系统还包括：镀膜分束镜、外嵌在libs系统气室外壁的第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、时序发生模块和光谱分析模块；经第二准直透镜组准直后的光束依次经过镀膜分束镜、第二聚焦透镜进入libs系统气室；libs系统气室发出的光子由第三聚焦透镜汇聚并由光谱分析模块采集。

8.如权利要求7所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：所述时序分析模块与所述脉冲激光器、所述光谱分析模块电性连接。

9.一种多传感器融合的多组分气体分析方法，应用于如权利要求1所述的一种多传感器融合的多组分气体分析系统，其特征在于：包括以下步骤：