(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 202210406674.6 (22)申请日 2022.04.18 (71)申请人 北京航天控制仪 器研究所 地址 100854 北京市海淀区北京 142信箱 403分箱 (72)发明人 姜萌　高慧　朱嘉婧　张宇飞　 王学锋　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 孙建玲 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/39(2006.01) E21F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种甲烷和一氧化碳的共检测方法、 装置及 设备 (57)摘要 本发明提供了一种甲烷和一氧化碳的共检 测方法、 装置及设备， 主要解决煤矿中存在大量 瓦斯气体且其谱线对相邻的一氧化碳特征吸收 峰存在交叉或交叠时， 一氧化碳浓度校正的问 题。 该方法首先选用2333.72nm波长处的一氧化 碳吸收峰， 同时扫描相邻的2333 .63nm和 2333.98nm波长处的甲烷吸收峰， 同时获得三个 谐波信号用于组分识别； 其次针对干扰造成的翼 线不对称和浓度误差问题， 提出了相应的波形校 正方法和浓度反演方法。 本发明不但能够实现对 组分的判断和高灵敏度浓度检测， 并且适应煤矿 等复杂混合气背景痕量气体浓度检测的实际使 用。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114993944 A 2022.09.02 CN 114993944 A 1.一种甲烷和一氧化 碳的共检测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1， 使用可调谐激光气体分析仪扫描一氧化碳和甲烷的特征吸收峰， 获得覆盖一氧化 碳和甲烷特 征吸收峰的一氧化 碳‑甲烷混合气的二次谐波曲线； S2， 根据一氧化碳 ‑甲烷混合气二 次谐波曲线的波谷点实施基线拟合， 通过扣除拟合基 线完成二次谐波曲线基线校正； S3， 对经过基线校正后的一氧化碳 ‑甲烷混合气二次谐波曲线中一氧化碳特征谐波信 号进行甲烷信号扣除， 根据一氧化碳、 甲烷的特征谐波信号位置进 行组分判断， 根据特征谐 波信号幅值进行浓度反演， 分别获得一氧化 碳、 甲烷的气体浓度值。 2.根据权利要求1所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述 一氧化碳的特征吸收峰位于2333.72nm波长处， 所述甲烷的特征吸收峰位于2333.63nm和 2333.98nm波长处。 3.根据权利要求1所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述 基线拟合的方法包括线性拟合或非线性拟合。 4.根据权利要求1所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述 对经过基线校正后的一氧化碳 ‑甲烷混合气二次谐波曲线中一氧化碳特征谐波信号进 行甲 烷信号扣除的步骤， 通过 校正一氧化碳的反演系数实现， 具体实施方式为： S3.1， 确定甲烷在一氧化 碳的特征吸收峰波长下的吸 收系数α 1； S3.2， 选择不受其他谱线干扰或远离一氧化碳特征吸收峰的甲烷吸收峰， 并确定该吸 收峰波长处甲烷的吸 收系数α 2； S3.3， 确定贡献系数M， M＝α 2/α 1； S3.4， 校正后的一氧化碳的反演系数为： κCO＝κ‑κCH4/M； 其中， κ为未扣除甲烷干扰的一 氧化碳特征吸收峰波长下一氧化碳的反演系数； κCH4为甲烷在其特征吸收峰波长下的反演 系数； κCO为扣除甲烷干扰的一氧化 碳特征吸收峰波长下一氧化 碳的反演系数。 5.根据权利要求4所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 所述校正一氧化 碳的吸收系数通过以下 方式实施： S3.1， 确定甲烷在一氧化 碳的特征吸收峰波长23 33.72nm下的吸 收系数为0.0 08； S3.2， 选择2333.98nm处的甲烷吸收峰， 并确定该特征吸收峰波长处甲烷的吸收系数为 0.263； S3.3， 确定贡献系数M， M＝32.875； S3.4， 校正后的一氧化 碳的反演系数为： κCO＝κ‑κCH4/32.875。 6.根据权利要求1所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述 根据一氧化 碳、 甲烷的特 征谐波信号 位置进行组分判断的步骤， 通过以下 方式实施： 确定波长扫描范围覆盖一氧化碳的特征吸收峰波长2333.72nm、 甲烷的特征吸收峰波 长2333.63nm和2333.98nm且使二次谐波曲线仅包含一氧化碳、 甲烷的特征谐波信号； 二次 谐波曲线中第一、 第三个特征谐波信号位置对应甲烷， 第二个特征谐波信号位置对应一氧 化碳。 7.根据权利要求1所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 步骤S3中， 甲烷 的特征谐波信号幅值通过以下方式确定： 根据甲烷特征谐波信号所在横坐标查找波峰、 及 波峰两侧波谷， 获得23 33.98nm处甲烷吸 收峰的谐波信号幅值。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993944 A 28.根据权利要求1所述的甲烷和一氧化碳的共检测方法， 其特征在于， 步骤S3中， 一氧 化碳的特征谐波信号幅值通过以下方式确定： 根据一氧化碳特征谐波信号所在横坐标查找 波峰、 及波峰两侧波谷， 获得23 33.72nm处一氧化 碳吸收峰的谐波信号幅值。 9.一种甲烷和一氧化 碳的检测装置， 其特 征在于， 包括： 接收模块， 用于接收可调谐激光气体分析仪获得的覆盖一氧化碳和甲烷特征吸收峰的 一氧化碳‑甲烷混合气的二次谐波曲线； 基线拟合及基线校正模块， 用于根据一氧化碳 ‑甲烷混合气二次谐波曲线的波谷点实 施基线拟合， 通过扣除拟合基线完成二次谐波曲线基线校正； 组分识别及浓度测定模块， 用于对经过基线校正后的一氧化碳 ‑甲烷混合气二次谐波 曲线中一氧化碳特征谐波信号进行 甲烷信号扣除， 根据一氧化碳、 甲烷的特征谐波信号位 置进行组分判断， 根据特征谐波信号幅值进 行浓度反演， 分别获得一氧化碳、 甲烷的气 体浓 度值。 10.一种甲烷和一氧化 碳的检测设备， 其特 征在于， 包括： 一个或多个处 理器； 存储装置， 用于存 储一个或多个程序， 所述一个或多个程序被所述 一个或多个处 理器执行， 以用于： 接收可调谐激光气体分析仪获得的覆盖一氧化碳和甲烷特征吸收峰的一氧化碳 ‑甲烷 混合气的二次谐波曲线； 根据一氧化碳 ‑甲烷混合气二次谐波曲线的波谷点实施基线拟合， 通过扣除拟合基线 完成二次谐波曲线基线校正； 对经过基线校正后的一氧化碳 ‑甲烷混合气二 次谐波曲线中一氧化碳特征谐波信号进 行甲烷信号扣除， 根据一氧化碳、 甲烷的特征谐波信号位置进 行组分判断， 根据特征谐波信 号幅值进行浓度反演， 分别获得一氧化 碳、 甲烷的气体浓度值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993944 A 3