专利名称：光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉气体检测技术领域，具体涉及一种光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法。
背景技术：
现有技术中，通常采用人眼主动识别干涉光谱偏移量读取被检测气体浓度数值的光干涉气体(如甲烷或二氧化碳)检测装置，其自动化程度低，检测结果易受人为操作的影响，现有的光干涉气体检测装置由于缺乏对光干涉条纹进一步的分析处理，具有以下缺点无法剔除干涉条纹中携带的干扰信息；无法利用检测信号进行更多的有效应用；现有技术中茂叶没有光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，当气体浓度超过仪器的检测上限或下限时，现有的仪器无法识别报错。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，能自动判断被测气体浓度是否超出检测装置的检测范围。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，包括如下步骤I)通过图像传感器将光干涉条纹转变为电信号；2)通过采集电路从图像传感器输出的数据中采集条纹波形数据；3)通过处理�？槎圆杉缏凡杉奶跷撇ㄐ问萁写恚蕹哂嗍荩竦糜行荩�4)根据有效数据拟合出波形函数；判断条纹波形幅度是否在正常范围内，若不是，则波形失效或严重超限；若是，则执行下一步；
5)检测干涉条纹是否移出像面，如果干涉条纹移出像面，则说明被测气体浓度超出检测装置的检测范围。进一步，步骤5)中，根据连接振幅最大的两根条纹波形底部的直线的斜率，判断干涉条纹是否移出像面及其移动方向。 进一步，还包括如下步骤步骤5)中，根据干涉条纹的移动方向，判断气体浓度数值超上限还是下限。进一步，步骤5)连接振幅最大的三个条纹波形底部获得两条直线，获得该两条直线的斜率kl、k2，其中kl < k2,当kl<-A，k2<_A时，则说明条纹波形移出像面，可判断检测结果为右偏超上限；当kl > A，k2 > A时，则说明条纹波形移出像面，可判断检测结果为左偏超下限；当kl < A，k2 > A时，则说明条纹波形未移出像面；
A为阈值。进一步，所述A=O. 15-0. 25。进一步，所述步骤5)中，在检测干涉条纹是否移出像面前，先对比拟合波形峰值与正常波形的差值，若相差大于阈值，则判断采集条纹无效，或检测结果严重超限。进一步，所述图像传感器为面阵传感器。本发明的有益效果是光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，能自动判断被测气体浓度是否超出检测装置的检测范围，通过对传统光干涉气体检测器进行改进，利用图像传感器读取光干涉条纹信息，实现了光干涉条纹的自动检测，采用数字化采集方法，将图像传感器输出的模拟信号转换为数字信号，再利用处理�？槎圆杉氖中藕沤懈骼嘣怂愦恚蕹扇判畔ⅲ愀嗟挠τ眯枨蟠佣岣吡思觳庾爸玫目垢扇拍芰桶踩煽啃�。 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和权利要求书来实现和获得。
图I为光干涉气体检测装置结构示意图；图2为检测波形右偏移出像面的波形图；图3为检测波形左偏移出像面的波形图；图4为检测波形失效或严重超限时的波形图；图5为检测波形正常情况下的波形图；图6为光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法的流程示意图。
具体实施例方式以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。参见图1，本实施例的气体浓度数值超限检测方法，用于光干涉气体检测装置，所述光干涉气体检测装置包括光源、光路和气路，所述光路和气路的结构以及对气体浓度的自动检测方法与现有技术相同，可参见本申请人申请号为200910103855. 6的中国专利申请说明书，图I中亦未示出光路和气路的具体结构，本实施例的光干涉气体检测装置，还包括图像传感器，用于将光干涉条纹转变为电信号，所述图像采集模块为面阵图像采集�？椋徊杉缏罚油枷翊衅魇涑龅氖葜胁杉飧缮嫣跷撇ㄐ问荩淮砟？椋刂撇杉缏方惺莶杉⒍圆杉缏凡杉奶跷撇ㄐ问萁写恚蕹哂嗍荩竦糜行荩⒕荽嘶竦糜行宓呐ǘ龋⒍怨庠唇凶允视Φ鹘冢垢缮嫣跷拼锏阶罴鸭觳庑Ч�。具体为首先根据采样数据拟合出波形，然后求出其波形幅度值并与标准波形幅度值进行比较，通过幅度值差值调节光源的强度。
所述处理�？槎圆杉缏凡杉奶跷撇ㄐ问萁写砬翱窍炔杉欠癯晒θ舨杉牧阶榈缧藕挪ㄐ蔚挠行菪惺笥谏瓒ㄐ惺齧时，采集成功；若小于设定行数n时，则报光路故障。采集故障判断在循环采集过程中，若采集成功率低于设定值，则报采集故障。对行的判断当采集到的后一个值比前一个值大时，表示一行信息采集完毕。
对列的判断是通过采集到的一行数据的个数来确定列数，且同一列的有效数据之差值远小于任意两列之间的距离。所述处理�？榛雇ü圆杉莸拇斫峁泄た鲎约欤咛逋ü率狡蓝üた鯮2 =I-^y' _气(I)
IX兄-又)2式中Ji为采集数据，又为采集数据平均值，兑为由最初保存的标准波形拟合函数计算出的拟合值，R值越大，则表明设备工作状况越好。所述处理�？榛雇ü缦虏街杓觳馄迮ǘ仁凳欠癯薷萦行菽夂铣霾ㄐ魏慌卸咸跷撇ㄐ畏仁欠裨谡７段冢舨皇牵蚴Щ蜓现爻黾觳夥段В蝗羰牵蚣觳飧缮嫣跷剖欠褚瞥鱿衩妫绻缮嫣跷埔瞥鱿衩妫蛩得鞅徊馄迮ǘ瘸黾觳庾爸玫募觳夥段�。曲线拟合原理通过曲线拟合可以判断面阵图像传感器输出波形的异变情况，其原理是已知某一级干涉条纹波形对应的函数模型为y = g(x),若干离散采样值{(xl, yl), (x2,y2)... (xn,yn)}，通过调整该函数中若干待定系数，使得该函数与已知点集的差别最小。方法I :首先建立拟合模型。根据干涉原理，两束单色相干光在像面某一点M的合振动为a02 = A12 +a22 + 2axa2 cos27T—( 2 )
X式中al, a2分别为经过米样气室和空气室的相干光振幅，A I为两相干光的光程差。由迈克尔逊干涉仪原理及等厚干涉原理可知，两相干光的光程差A I = 2 (n-1) t+2Xtan 0(3)式中0为整个光路系统等效的空气劈尖的楔角，t为气室长度，n为被测气体折射率，空气的折射率为1，X为任一干涉条纹与零级条纹中心的距离。由于面阵图像传感器每个像元的成像实际上就是在空间域内对像函数进行能量积分的过程，频率一定时振幅的平方正比于照明能量，且通常面阵图像传感器像元的响应电流与照明能量间存在着线性关系。综上设单色光干涉波形函数为Y = a{ax2 +a22 + laxa2 cos——[2(n - \)t + 2X tan 0]} + [5 (4)
X对于白光，则有Y = Y 红(X) +Y 橙(X) +Y 黄(X) +Y 绿(X) +Y 蓝(X) +Y K (X) +Y 紫(X) (5)设(x，y)为坐标系o_xy下的坐标值，( , y0)为(X，Y)所在坐标系0_XY的原点在0_xy下的新坐标值，则由X = X-X0,Y = y-y0,即可实现两坐标系间的转换。因为采样点是o_xy下的坐标值，坐标系0_XY以过零级条纹中心为Y轴，且Y轴平行与y轴，可知Y轴在o_xy的横坐标值为x。。由⑷式可知，波形在Y= a ( 2+ 2} + ^处斜率符号将发生变化，设此时对应的坐标值为，由此可确定坐标系0_XY的X轴在o_xy坐标系下位于=Y0' ~ a ( 2+ 2} - 3 °由上⑷式变为
权利要求
1.光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于包括如下步骤 1)通过图像传感器将光干涉条纹转变为电信号； 2)通过采集电路从图像传感器输出的数据中采集条纹波形数据； 3)通过处理模块对采集电路采集的条纹波形数据进行处理，剔除冗余数据，获得有效数据； 4)根据有效数据拟合出波形函数；判断条纹波形幅度是否在正常范围内，若不是，则波形失效或严重超限；若是，则执行下一步； 5)检测干涉条纹是否移出像面，如果干涉条纹移出像面，则说明被测气体浓度超出检测装置的检测范围。
2.根据权利要求I所述的光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于步骤5)中，根据连接振幅最大的两根条纹波形底部的直线的斜率，判断干涉条纹是否移出像面及其移动方向。
3.根据权利要求2所述的光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于还包括如下步骤步骤5)中，根据干涉条纹的移动方向，判断气体浓度数值超上限还是下限。
4.根据权利要求3所述的光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于步骤5)连接振幅最大的三个条纹波形底部获得两条直线(原文中交待不清楚，请确认该表述是否正确)，获得该两条直线的斜率kl、k2，其中kl〈k2， 当kl〈-A，k2〈-A时，则说明条纹波形移出像面，可判断检测结果为右偏超上限； 当kl>A，k2>A时，则说明条纹波形移出像面，可判断检测结果为左偏超下限； 当kl〈A，k2>A时,则说明条纹波形未移出像面； Δ为阈值。
5.根据权利要求2所述的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于所述Δ=0. 15-0. 25。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于所述步骤5)中，在检测干涉条纹是否移出像面前，先对比拟合波形峰值与正常波形的差值，若相差大于阈值，则判断采集条纹无效，或检测结果严重超限。
7.根据权利要求6所述的光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，其特征在于所述图像传感器为面阵传感器。
全文摘要
本发明涉及本发明涉气体检测技术领域，具体为光干涉气体检测装置的气体浓度数值超限检测方法，包括如下步骤通过图像传感器将光干涉条纹转变为电信号；通过采集电路从图像传感器输出的数据中采集条纹波形数据；通过处理�？槎圆杉缏凡杉奶跷撇ㄐ问萁写恚蕹哂嗍荩竦糜行荩桓萦行菽夂铣霾ㄐ魏慌卸咸跷撇ㄐ畏仁欠裨谡７段冢舨皇牵虿ㄐ问Щ蜓现爻蓿蝗羰牵蛑葱邢乱徊剑患觳飧缮嫣跷剖欠褚瞥鱿衩妫绻缮嫣跷埔瞥鱿衩妫蛩得鞅徊馄迮ǘ瘸黾觳庾爸玫募觳夥段В槐痉⒚鞯姆椒茏远卸媳徊馄迮ǘ仁欠癯黾觳庾爸玫募觳夥段В愀嗟挠τ眯枨螅佣岣吡思觳庾爸玫目垢扇拍芰桶踩煽啃�。
文档编号G01N21/45GK102706834SQ20121003677
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者刘佳, 张小平, 张晶, 龚渝 申请人:重庆同博测控仪器有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
