本申請涉及光聲光譜氣體檢測，尤其涉及一種氣體濃度檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、非共振光聲光譜氣體傳感器是一種常用的光學(xué)式氣體傳感器，主要由紅外輻射光源、光聲池和聲探測器構(gòu)成，因其體積小、成本低的優(yōu)勢在變壓器故障氣體檢測、燃?xì)庑孤z測以及環(huán)境二氧化碳等氣體檢測方面具有廣泛應(yīng)用。但其采用的紅外輻射光源無法在高頻下驅(qū)動，而工作于低頻非共振模式下，存在光聲信號弱、易受噪聲干擾等問題，導(dǎo)致信噪比較低，因此難以達(dá)到高精度檢測的要求。

2、由此，亟需一種新的技術(shù)方案以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N氣體濃度檢測裝置及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中氣體濃度檢測精度較低的缺陷。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N氣體濃度檢測裝置，包括：mems紅外輻射光源、偏心光聲池、數(shù)字mems麥克風(fēng)和數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備；

3、所述偏心光聲池包括圓筒形氣室、第一球面反射鏡、第二球面反射鏡與外殼，所述圓筒形氣室的側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)氣孔、出氣孔與導(dǎo)音孔，所述圓筒形氣室的兩端分別設(shè)置有所述第一球面反射鏡和所述第二球面反射鏡，所述第一球面反射鏡在偏離軸心的位置設(shè)置有偏心孔；所述圓筒形氣室、所述第一球面反射鏡和所述第二球面反射鏡均設(shè)置于所述外殼內(nèi)；所述mems紅外輻射光源與所述偏心孔相對設(shè)置；所述數(shù)字mems麥克風(fēng)設(shè)置于所述圓筒形氣室的外壁；所述數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備與所述數(shù)字mems麥克風(fēng)連接；

4、所述mems紅外輻射光源發(fā)出的紅外光進(jìn)入所述圓筒形氣室內(nèi)，經(jīng)過預(yù)設(shè)光程被所述圓筒形氣室內(nèi)的待測氣體吸收后產(chǎn)生光聲信號；所述數(shù)字mems麥克風(fēng)用于接收所述光聲信號，并將所述光聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備用于采集所述數(shù)字信號，并基于所述數(shù)字信號，確定所述待測氣體的濃度；其中，所述預(yù)設(shè)光程基于所述偏心孔偏離軸心的距離以及所述第一球面反射鏡與所述第二球面反射鏡的曲率半徑確定。

5、可選地，所述圓筒形氣室的內(nèi)壁經(jīng)拋光與鍍金工藝處理。

6、可選地，所述圓筒形氣室的材料為黃銅。

7、可選地，氣體濃度檢測裝置還包括：光學(xué)玻璃窗口片與紅外濾波片；所述光學(xué)玻璃窗口片與所述紅外濾波片依次設(shè)置于所述mems紅外輻射光源與所述偏心光聲池之間；其中，

8、所述光學(xué)玻璃窗口片用于通光與封閉所述偏心光聲池；

9、所述紅外濾波片用于過濾所述紅外光的光譜，所述紅外濾波片的中心波長與帶寬基于所述待測氣體的吸收光譜特性確定。

10、可選地，所述數(shù)字mems麥克風(fēng)包括第一數(shù)字mems麥克風(fēng)與第二數(shù)字mems麥克風(fēng)，所述第一數(shù)字mems麥克風(fēng)與第二數(shù)字mems麥克風(fēng)均包括聲敏單元；其中，

11、所述第一數(shù)字mems麥克風(fēng)與所述第二數(shù)字mems麥克風(fēng)對稱設(shè)置于所述圓筒形氣室的外壁；所述第一數(shù)字mems麥克風(fēng)的聲敏單元與所述導(dǎo)音孔對齊設(shè)置，以通過所述導(dǎo)音孔連通至所述圓筒形氣室；所述第二數(shù)字mems麥克風(fēng)的聲敏單元與所述圓筒形氣室不連通。

12、可選地，氣體濃度檢測裝置還包括：溫度傳感器；所述溫度傳感器設(shè)置于所述圓筒形氣室的外壁；

13、所述溫度傳感器用于檢測當(dāng)前環(huán)境溫度，并在所述當(dāng)前環(huán)境溫度不在所述待測氣體的預(yù)設(shè)環(huán)境溫度范圍內(nèi)時，對所述當(dāng)前環(huán)境溫度進(jìn)行溫度補償。

14、可選地，所述數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備為fpga、dsp或mcu。

15、第二方面，本申請還提供一種氣體濃度檢測方法，應(yīng)用于氣體濃度檢測裝置，包括：

16、獲取紅外光經(jīng)過預(yù)設(shè)光程被待測氣體吸收后產(chǎn)生的光聲信號；

17、將所述光聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

18、基于所述數(shù)字信號，確定所述待測氣體的濃度；其中，所述預(yù)設(shè)光程基于第一球面反射鏡的偏心孔偏離軸心的距離以及所述第一球面反射鏡與第二球面反射鏡的曲率半徑確定。

19、第三方面，本申請還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如第二方面所述的方法。

20、第四方面，本申請還提供一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第二方面所述的方法。

21、第五方面，本申請還提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第二方面所述的方法。

22、本申請?zhí)峁┑臍怏w濃度檢測裝置及方法，通過調(diào)整偏心孔偏離軸心的距離以及第一球面反射鏡與第二球面反射鏡的曲率半徑大小即可調(diào)整紅外光在兩個球面反射鏡間的反射次數(shù)，達(dá)到預(yù)設(shè)光程，保證了紅外光被待測氣體充分吸收，提高了光聲信號的信噪比，提高了待測氣體的濃度的檢測精度。

技術(shù)特征：

1.一種氣體濃度檢測裝置，其特征在于，包括：mems紅外輻射光源、偏心光聲池、數(shù)字mems麥克風(fēng)和數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體濃度檢測裝置，其特征在于，所述圓筒形氣室的內(nèi)壁經(jīng)拋光與鍍金工藝處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體濃度檢測裝置，其特征在于，所述圓筒形氣室的材料為黃銅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體濃度檢測裝置，其特征在于，還包括：光學(xué)玻璃窗口片與紅外濾波片；所述光學(xué)玻璃窗口片與所述紅外濾波片依次設(shè)置于所述mems紅外輻射光源與所述偏心光聲池之間；其中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，其特征在于，所述數(shù)字mems麥克風(fēng)包括第一數(shù)字mems麥克風(fēng)與第二數(shù)字mems麥克風(fēng)，所述第一數(shù)字mems麥克風(fēng)與第二數(shù)字mems麥克風(fēng)均包括聲敏單元；其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，其特征在于，還包括：溫度傳感器；所述溫度傳感器設(shè)置于所述圓筒形氣室的外壁；

7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備為fpga、dsp或mcu。

8.一種氣體濃度檢測方法，其特征在于，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，所述方法包括：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求8所述氣體濃度檢測方法。

10.一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求8所述氣體濃度檢測方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N氣體濃度檢測裝置及方法，涉及聲光譜氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括：MEMS紅外輻射光源、偏心光聲池、數(shù)字MEMS麥克風(fēng)和數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備；偏心光聲池包括圓筒形氣室、第一球面反射鏡、第二球面反射鏡與外殼，第一球面反射鏡在偏離軸心的位置設(shè)置有偏心孔；MEMS紅外輻射光源發(fā)出的紅外光進(jìn)入圓筒形氣室內(nèi)，經(jīng)過預(yù)設(shè)光程被圓筒形氣室內(nèi)的待測氣體吸收后產(chǎn)生光聲信號；將光聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；基于數(shù)字信號，確定待測氣體的濃度；其中，預(yù)設(shè)光程基于偏心孔偏離軸心的距離以及第一球面反射鏡與第二球面反射鏡的曲率半徑確定。本申請?zhí)峁┑臍怏w濃度檢測裝置及方法，可以提高待測氣體的濃度的檢測精度。

技術(shù)研發(fā)人員：賴建軍,楊承龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)鄂州工業(yè)技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26