(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 202211233887.X (22)申请日 2022.10.10 (71)申请人 南京旭奥科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市江北新区南京 软件人才培训交流中心 215室 (72)发明人 陈更甫　陈杰甫　伏思越　 (74)专利代理 机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通 合伙) 32257 专利代理师 唐灵 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种瓶内气体浓度检测系统 (57)摘要 本发明公开了一种瓶内气体浓度检测系统。 所述系统包括： 探测单元、 信号处理单元和信号 采集反演单元。 探测单元用于输出激光光束， 控 制激光光束倾斜射入待测样品， 并检测激光光束 经过待测样品后的光强信号， 将光强信号转化为 电压信号后， 将电压信号传输至所述信号处理单 元。 信号处理单元用于在接收电压信号后， 对电 压信号进行信号处理， 得到样品信号， 并向信号 采集反演单元 发送样品信号。 信号采集反演单元 则用于在接收样品信号后， 根据样品信号， 确定 待测样品内的待测气体的浓度。 采用本系统能够 提高测量精度， 使单次测量的精度满足气体检测 需要， 进而提高了测量效率。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 115308161 A 2022.11.08 CN 115308161 A 1.一种瓶内气体浓度检测系统， 其特 征在于： 所述系统包括： 探测单元， 用于输出以待测样品中待测气体吸收峰频率为中心频率的激光光束， 控制 该激光光束射入至所述待测样品的角度， 使得该激光光束在样品内部形成的任意折射和/ 或反射光线， 与该激光光束的主光轴不在一个方向， 并检测所述激光光束经过所述待测样 品后的光强信号， 将所述 光强信号 转化为电压信号； 信号处理单元， 接收由所述探测单元产生的所述电压信号， 并对该电压信号进行信号 处理， 得到样品信号； 信号采集反演单元， 接收由所述信号处理单元产生的所述样品信号， 并根据该样品信 号确定所述待测气体的浓度。 2.如权利要求1所述的瓶内气体浓度检测系统， 其特 征在于： 所述探测单 元包括： 可调谐激光器， 用于 输出所述激光 光束； 光电探测器， 与所述可调谐激光器相对设置， 以使得所述激光光束经过所述待测样品 后可以完全被该光电探测器接收； 用于检测所述激光光束经过待测样品后的所述光强信 号， 并将所述 光强信号 转化为所述电压信号； 其中， 所述可调谐激光器与所述光电探测器位于运输线两侧， 所述待测样品位于所述 运输线上。 3.如权利要求2所述的瓶内气体浓度检测系统， 其特征在于： 所述探测单元还包括准直 透镜， 该准直透镜位于所述可调谐激光器与所述运输线之间， 该准直透镜与所述可调谐激 光器之间的距离大于该准 直透镜的焦距。 4.如权利要求1所述的瓶内气体浓度检测系统， 其特 征在于， 所述信号处 理单元包括： 滤波器， 接收所述电压信号， 对该电压信号进行滤波处理， 以去除所述电压信号中的噪 声； 相敏检波放大器， 用于从所述电压信号中提取所述样品信号， 该样品信号为所述待测 气体的吸 收谱信号。 5.如权利要求1所述的瓶内气体浓度检测系统， 其特征在于， 所述信号采集反演单元包 括： 采集卡， 所述样品信号为模拟信号， 采集卡对所述样品信号进行模拟数字转换处理， 将 所述样品信号从所述模拟信号 转变为数字信号， 从而得到数字化样品信号； 反演单元， 根据 所述数字化样品信号确定所述待测气体的浓度， 其中， 数字化样品信号 中包含： 在激光光束所扫描过的频率范围内， 所述待测气体对各频率激光进行吸收后的光 强信息； 利用气体的浓度与光强信息之间存在的线性关系， 根据数字化样品信号和所述线 性关系， 确定所述待测气体的浓度。 6.如权利要求1所述的瓶内气体浓度检测系统， 其特征在于： 还包括激光控制单元， 所 述激光控制单 元包括： 下位机， 用于下发命令信号； 电流控制器， 用于接收由所述下位机下发的第一命令信号， 并响应于该第一命令信号 调整所述可调谐激光器的中心电流， 并产生扫描信号和调制信号， 将所述扫描信号和所述 调制信号输入至所述可调谐激光器， 使得所述可调谐激光器的电流围绕所述中心电流变 化；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115308161 A 2温度控制器， 用于接收由所述下位机下发的第二命令信号， 并响应于第二命令信号调 整所述可调谐激光器的温度， 以使所述可调谐激光器可以稳定 输出激光频率。 7.如权利要求1所述的瓶内气体浓度检测系统， 其特征在于： 所述系统还包括： 光路触 发单元， 用于 向所述探测单元发送触发信号， 以通过所述触发信号控制所述探测单元输出 所述激光 光束， 所述 光路触发单 元包括： 光电触发器， 用于发出触发光束， 该触发光束与所述激光 光束交叉； 全反射膜， 与所述光电触发器相对设置， 所述触发光束照射到该全反射膜上， 经过该全 反射膜反射后可由所述 光电触发器接收； 其中， 所述 光电触发器与所述全反射膜分别位于所述 运输线的两侧。 8.一种瓶内气体浓度检测方法， 其特征在于： 使用如权利要求1 ‑7任意一项所述的瓶内 气体浓度检测系统， 包括以下步骤： S101： 可调谐激光器输出激光光束， 激光光束 的频率以待测气体吸收峰的频率为中心 频率随时间变化； S102： 待测 样品放置在运输线上， 以一定的速度向检测位置移动， 当激光光束照射到待 测样品中心位置时， 激光 光束的频率 为中心频率； S103： 光电探测器检测到穿过待测样品之后的各波长对应的光强信息， 并将光强信息 转化为电压信号； S104： 滤波器对电压信号进行 滤波处理， 去除电压信号中的噪声； S105： 相敏检波放大器从滤波后的电压信号中提取样品信号； S106： 样品信号发送至信号采集反演单元的采集卡中， 采集卡将样品信号转化为数字 化样品信号； S107： 反演单元对数字化样品信号进行高斯直线拟合， 得到拟合曲线， 并从拟合曲线中 提取出高斯曲线部分， 根据高斯曲线部分确定高斯曲线的峰值， 该峰值即为指示 值； S108： 根据已知的指示值与氧气浓度之间的线性关系、 指示值， 确定该待测 样品内氧气 的浓度。 9.如权利要求8所述的瓶内气体浓度检测方法， 其特征在于： 激光器的输出频率调节通 过以下步骤实现： S201： 下位机向电流控制器发送第一命令信号， 向温度控制器发送第二命令信号； S202： 电流控制器接收并响应于第一命令信号对可调谐激光器的中心电流进行调整： 电流控制器产生第一频率的三角波扫描信号和 第二频率的正弦波， 并将三角波和正弦波输 入至可调谐激光器， 根据三角波和正弦波控制可调谐激光器的电流以一定的间隔在以待测 气体吸收峰频率 为中心频率的频率范围内依次变化； S203： 温度控制器接受并响应于第二命令信号将可调谐激光器的温度控制在预设温 度。 10.如权利要求8所述的瓶内气体浓度检测方法， 其特征在于： 可调谐激光器受触发单 元控制， 步骤为： S301： 待测 样品到达第一位置时， 触发光束被遮挡， 光电触发器向可调谐激光器发送触 发信号； S302： 可调谐激光器接收触发信号， 经一定的系统延迟后， 在待测 样品到达第二位置时权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115308161 A 3