[0001] 本发明涉及气体检测装置技术领域，尤其涉及一种多种参数补偿的小型化气体检测装置和检测系统。

[0002] 气体检测装置是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具；主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类，气体传感器是用来检测气体的成分和含量的传感器。传统的小型便携式气体检测装置往往采用电化学、催化燃烧以及半导体等原理实现气体的测量。虽然传统的小型便携式气体检测装置具有直接测量、测量精度高的优点，但需要对被测气体预先取样，且测量速度慢，反映时间长等缺点，无法实现现场实时测量，不具有时效性。

[0040] 以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

[0041] 请参阅图1，本发明实施例一提供的多种参数补偿的小型化气体检测装置，包括支撑外壳和设置在支撑外壳中的气体测量及信息处理模块1、控制器2以及显示模块3；气体测量及信息处理模块1，与控制器2连接，用于对现场待测气体通过吸收光谱分析法进行实时检测，得到待测气体的气体测量浓度、温度以及压力；并将气体测量浓度、温度以及压力发送至控制器2；控制器2，与显示模块3连接，用于接收气体测量浓度、温度以及压力，并根据温度和压力利用多普勒线宽算法对气体测量浓度进行补偿，得到气体浓度；并将气体浓度传输至显示模块3进行显示。

[0042] 需要说明的是，支撑外壳由塑料或金属制成，气体测量及信息处理模块1、控制器2以及显示模块3均设置在支撑外中，支撑外壳能够保护和固定气体测量及信息处理模块1、控制器2以及显示模块3，使得具有方便携带的特点。气体测量及信息处理模块1能够通过吸收光谱分析法进行实时检测，得到待测气体的气体测量浓度、温度以及压力，具有操作简单，检测响应时间短，能够在现场对气体进行检测和对气体进行在线测量。

[0043] 于本实施例中，控制器2可以为ARM控制器；显示模块3可以为LCD显示模块；LCD显示模块能显示ARM控制器发送的信息，以恰当的形式在LCD屏上显示。比如，显示在LCD显示模块的中间图形显示。于其他实施例中，对显示位置和显示形式并不进行限制。

[0044] 本发明提供的多种参数补偿的小型化气体检测装置；在支撑外壳中设置气体测量及信息处理模块1、控制器2以及显示模块3；通过气体测量及信息处理模块1对现场待测气体通过吸收光谱分析法进行实时检测，得到待测气体的气体测量浓度、温度以及压力；在控制器2中根据温度和压力利用多普勒线宽算法对气体测量浓度进行补偿，得到气体测量浓度；并将气体测量浓度传输至显示模块3进行显示。本发明具有小型化，便于携带的特点，能够直接在现场实现实时测量，使得测量结果有时效性；而且根据温度和压力利用多普勒线宽算法对气体测量浓度进行补偿，从而提高气体浓度的测量精度。

[0045] 如图2所示为气体测量及信息处理模块1的结构示意图，包括可调谐激光器11、光电探测器12、反射镜13、气室14、传感器15、传感器驱动单元16、数据采集单元17以及信号处理单元18；气室14上开设有注入待测气体的气窗，可调谐激光器11、反射镜13、光电探测器12、传感器15均设置在气室14中；光电探测器12，与传感器驱动单元16连接，用于采集由可调谐激光器11发出的并经过反射镜13发射的激光信号，并将激光信号传输至传感器驱动单元16；传感器15，与传感器驱动单元16连接，用于采集气室14内的温度信息和压力信息，并将温度信息和压力信息传输至传感器驱动单元16；传感器驱动单元16，与数据采集单元17连接，用于给传感器15和光电探测器12提供稳定的工作电压，接收激光信号、温度信息以及压力信息并放大，将放大后的激光信号、温度信息以及压力信息传输至数据采集单元17；数据采集单元17，与信号处理单元18连接，用于将放大后的激光信号、温度信息以及压力信息进行A/D转换，并将转换后的激光信号、温度信息以及压力信息传输至信号处理单元18；信号处理单元18，用于接收转换后的激光信号、温度信息以及压力信息，并采用对激光信号、温度信息以及压力信息进行数字滤波处理，得到温度和压力；再根据数字滤波处理后的对激光信号利用吸收光谱分析法解算待测气体的气体浓度，得到气体测量浓度；将气体测量浓度、温度以及压力发送至控制器2。

[0046] 气室14是暂存被测气体，为气体充分吸收光谱提供一个吸收容器。在气室14的两侧都设有反射镜13，每个反射镜13的横截面均可以为直角三角形，使得可调谐激光器11发出激光信号能够经过反射镜13多次反射激光信号，从而增加激光光路的行程，为气体进行光谱的充分吸收提供了保障。而传感器15包括压力传感器和温度传感器；压力传感器，与传感器驱动单元16连接，用于采集气室14内的压力信息；温度传感器，与传感器驱动单元16连接，用于采集气室14内的温度信息。

[0047] 在测量时，只需要将带测量气体通过气窗注入气室14，再由可调谐激光器11发出激光信号，激光信号经过反射镜13的多次发射，由光电探测器12检测气体的吸收光谱；再配合数据采集单元17和信号处理单元18以解算待测气体的气体浓度。而气室14内的温度信息和压力信息可以用设置在气室14内的传感器15采集。

[0048] 对于待测气体的气体浓度的解算，是利用吸收光谱分析法对气体特征吸收光谱的中心频率v，输出光功率I(v)，输入光功率I0(v)以及待测气体吸收光路长度L之间的关系式进行计算。具体为，输出光功率I(v)的公式为：I(v)＝I0(v)exp[-α(v)CL]；式中，v为气体特征吸收光谱的中心频率；I0(v)为输入光功率；L为待测气体吸收光路长度；α(v)为气体在激光光源频率v的光吸收系数；C为待测气体的气体测量浓度；当-α(v)CL＜＜1时，经过验证二次谐波幅值与光强直流分量的比值I2f/I0与被测气体测量浓度具有规律的对应关系；因此，获得气体测量浓度的计算公式 式中，k为常数，可以由实验确定，于本实施例中，k可以取实验常数0.32；α0为纯气体在吸收线中心的吸收系数，于本实施例中，α0可以为0.087cm-1。从而可以确定气体测量浓度。

[0049] 然后将气体测量浓度、压力以及温度传输给ARM控制器。在ARM控制器中根据温度和压力利用多普勒线宽算法对气体测量浓度进行补偿，得到气体浓度。由于压力和温度影响吸收光谱谱线的宽度和强度，会影响二次谐波信号的幅度，根据温度和多普勒线宽的关系： 其中，ΔvD为多普勒线宽；v0为光源中心频率，T为绝对温度，M为吸收气体的分子摩尔质量，多普勒线宽会随温度的升高而逐渐变大；碰撞线宽在一定的温度下与压强成正比：Δvc＝P∑XB2γA-B；其中，Δvc为碰撞线宽，P为环境压强，A和B分别为被测气体和干扰气体，XB为干扰气体的摩尔质量分数，γA-B为加宽系数。通过标定得出不同压力和温度下的调制系数，然后利用调制系数和含有气体浓度信息的二次谐波信号的对应关系，给出相应的修正值，对气体的测量结果进行补偿，得到气体浓度，从而提高了气体的测量精度。

[0050] 为了进一步提高测量精度，气体测量及信息处理模块1还包括激光驱动单元19；激光驱动单元19与可调谐激光器11连接，用于控制可调谐激光器11产生预设波长的稳定激光。

[0051] 进一步的，本发明提高的多种参数补偿的小型化气体检测装置，还包括无线通讯模块4、键盘阵列模块5以及电源模块6；无线通讯模块4，设置在支撑外壳表面，与控制器2连接，用于使控制器2与云服务器进行数据交互。键盘阵列模块5，与控制器2连接，用于响应于操作者的操作产生控制指令，并将控制指令传输给控制器2。电源模块6用于为气体检测及信息处理模块、控制器2、无线通讯模块4、显示模块3以及键盘阵列模块5提供工作电压。

[0052] 无线模块和键盘阵列模块5位于支撑壳外壳的外部。无线模块可以连接网络，能将检测的气体浓度等数据上传到云服务器。键盘阵列模块5接收操作者的输入指令，并将控制信息传送给ARM控制器，从而实现对整个设备的操控。电源模块6能够为气体检测及信息处理模块、ARM控制器、无线模块、LCD显示模块以及键盘阵列模块5提供稳定可靠的电源。

[0053] 基于同一发明的构思，本发明实施例二提供一种多种参数补偿的小型化气体检测系统，该系统的实施可参照上述装置的过程实现，重复之处不再冗述。

[0054] 本发明实施例二提供一种多种参数补偿的小型化气体检测系统，包括云服务器和若干如多种参数补偿的小型化气体检测装置；云服务器与各个多种参数补偿的小型化气体检测装置的无线模块连接，用于接收无线模块发送的测量数据，并对测量数据中的气体浓度进行显示。

[0055] 本发明具有小型化，便于携带的特点，能够直接在现场实现实时测量，使得测量结果有时效性；而且根据温度和压力利用多普勒线宽算法对气体测量浓度进行补偿，从而提高气体浓度的测量精度。

[0056] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。