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申请/专利权人：内蒙古光能科技有限公司

摘要：本发明涉及一种基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统及其采样方法，该系统包括状态转换器、ADC采样器、激光器、数据缓存器和信号处理器；状态转换器分别连接ADC采样器、激光器、信号处理器和数据缓存器，以及ADC采样器和数据缓存器之间互相连接，数据缓存器和信号处理器之间互相连接；状态转换器根据阈值、所述ADC采样器发送的采样AD值和自身状态来转换状态，并根据该状态决定激光器的启动或关闭、ADC采样器的启动或停止、数据的缓存和数据的处理。本发明提出的采样系统和采样方法能很好的产生衰荡信号、采集有效数据并快速准确计算衰荡时间，省去了专门的激光关断电路。

主权项：1.一种基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，其特征在于，该系统包括状态转换器、ADC采样器、激光器、数据缓存器和信号处理器；状态转换器分别连接ADC采样器、激光器、信号处理器和数据缓存器，以及ADC采样器和数据缓存器之间互相连接，数据缓存器和信号处理器之间互相连接；状态转换器根据阈值、所述ADC采样器发送的采样AD值和自身状态来转换状态，并根据该状态决定激光器的启动或关闭、ADC采样器的启动或停止、数据的缓存和数据的处理；该系统还包括阈值调整模块，所述阈值调整模块与状态转换器相连，用于调整触发激光关断的阈值；阈值调整模块包括两个计时器，一个计时器设置时间长，一个计时器设置时间短，状态转换器向阈值调整模块发送的所述信号为触发激光器关断的触发信号；状态转换器包含“监视”、“采集”和“停止”三个子状态，依据状态转换器的状态,各个模块间进行协同工作；状态转换器可接收信号处理器发送来的指令，以确定是否将子状态由“停止”切换至“监视”；状态转换器可向ADC采样器和激光器发送“启动”或“停止”指令，并接收采样器发送来的AD值，通过比较AD值和阈值，判断是否将状态转换器的子状态由“监视”切换至“采集”；状态转换器根据子状态发出保存指令指示数据缓存器开始存储数据，并接收数据缓存器发送来的“缓存满”信号，根据是否接收到“缓存满”信号或者是否自身发现AD值小于采集结束值，状态转换器确定是否要由“采集”切换至“停止”；状态转换器可向阈值调整模块发送信号用于阈值的调整，并接收阈值调整模块发送来的设定阈值。

全文数据：一种CRDS气体浓度检测仪的采样系统及其采样方法技术领域本发明属于气体浓度检测领域，具体涉及一种CRDS气体浓度检测仪的采样系统及其采样方法。背景技术气体检测方法主要分为化学检测法和光谱检测法两大类。光谱检测法的本质是物质对电磁波的吸收和发射，光腔衰荡光谱技术CRDS技术是近几年来迅速发展起来的一种吸收光谱检测技术。CRDS技术测量光在衰荡腔中的衰荡时间，该时间仅与衰荡腔反射镜的反射率和衰荡腔内介质的吸收有关，而与入射光强的大小无关，因此测量结果不受脉冲激光强弱的影响，具有灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力强的优点。CRDS气体浓度检测仪是基于CRDS技术进行气体浓度分析的检测装置。检测仪利用激光器发出一定波长的激光，光在衰荡腔内来回反射，衰荡腔中为被测气体，衰荡腔外部采用探测器监测随时间变化的输出光强，输出光强与反射镜的透过率、腔内物质的吸收率等有关。对于特定波长的光，介质的吸收系数是一定的，通过测量存在吸收介质和不存在吸收介质时的衰荡时间，可以计算出被测气体的浓度。CRDS气体浓度检测仪的采样系统针对衰荡光腔进行信号采样，其一般包括衰荡信号的生成、采样和采样数据的处理。现有系统中往往过多的关注采样本身，比如采样的速度，而忽略采样必须和激光器的控制、数据的缓存恰如其当紧密地联系在一起，因此现有的系统在实际中往往会遇到一些的问题：1没有把控好激光关断的开始时机，以至于难以高频率捕捉到衰荡信号造成采样频率低，或者捕捉到信号的信噪比不高，计算偏差大；2没有把控好激光关断的结束时机，以至于采样的数据太少，难以计算出衰荡时间，或者太多，计算费时或偏差太大；3没有把控好数据的缓存时机，以至于缓存无效的数据，浪费缓存，若参与运算了还可能直接造成错误。发明内容气体浓度检测仪的采样系统包括信号的生成、采样和数据处理，是实现检测功能的重要组件。基于已有检测仪采样系统存在的问题，提出了一种CRDS气体浓度检测仪的需求而设计的一种采样系统。本发明通过以下技术方案实现：一种基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，该系统包括状态转换器、ADC采样器、激光器、数据缓存器和信号处理器；状态转换器分别连接ADC采样器、激光器、信号处理器和数据缓存器，以及ADC采样器和数据缓存器之间互相连接，数据缓存器和信号处理器之间互相连接；状态转换器根据阈值、所述ADC采样器发送的采样AD值和自身状态来转换状态，并根据该状态决定激光器的启动或关闭、ADC采样器的启动或停止、数据的缓存和数据的处理。本发明还提出了一种基于CRDS气体浓度检测仪的采样方法，该采样方法包括如下工作步骤：1状态转换器接收信号处理器发送来的“启动”信号，根据“启动”信号，确定状态转换器从“停止”切换至“监视”；2状态转换器进入“监视”状态时，状态转换器向激光器和ADC采样器发出“启动”指令，激光器接收到“启动”指令后开启激光，ADC采样器接收到“启动”指令后，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器和数据缓存器；3在“监视”状态下，当发现从ADC采样器过来的AD值大于阈值调整模块设置的阈值时，状态变为“等待”；4状态转换器进入“等待”状态时，状态转换器给阈值调整模块发出“触发”指示用于阈值的调整，并接收阈值调整模块发送来的设定阈值，同时，状态转换器给激光器发出“关闭”指示，给ADC采样器发出“停止”指示，“等待”结束后状态变为“采集”；5状态转换器进入“采集”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“启动”指示，状态转换器给数据缓存器发出“保存”指示；6在“采集”状态下，当状态转换器1接收到数据缓存器发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“停止”状态；7状态转换器进入“停止”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“停止”指示；8在“停止”状态下，信号处理器读取数据缓存器保存的数据，并进行分析、计算，数据处理完成后，信号处理器向状态转换器发出“启动”信号，进入新一轮的采样循环。本发明还提出了另一种基于CRDS气体浓度检测仪的采样方法，该采样方法包括如下工作步骤：一种CRDS气体浓度检测仪的采样方法，工作步骤如下：1系统启动时，状态转换器收到信号处理器发送的启动信号后进入初始状态“等待”；2等待一段时间后,各项条件满足后进入”监视”状态；3状态转换器进入“监视”状态时，状态转换器向激光器和ADC采样器发出“启动”指令，激光器接收到“启动”指令后开启激光，ADC采样器接收到“启动”指令后，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器和数据缓存器；4在“监视”状态下，当发现从ADC采样器过来的AD值大于阈值调整模块设置的阈值时，状态变为“打盹”；5状态转换器进入“打盹”状态时，状态转换器给阈值调整模块发出“触发”指示用于阈值的调整，并接收阈值调整模块发送来的设定阈值，同时，状态转换器给激光器发出“关闭”指示，给ADC采样器发出“停止”指示，“打盹”结束后状态变为“采集”；6状态转换器进入“采集”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“启动”指示，状态转换器给数据缓存器发出“保存”指示；7在“采集”状态下，当状态转换器接收到数据缓存器发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“等待”状态；8状态转换器进入“等待”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“停止”指示；9在“等待”状态下，信号处理器读取数据缓存器保存的数据，并进行分析、计算，数据处理，当“等待”状态结束后，状态转换器进入“监视”状态，进入新一轮的采样循环。本发明能很好的产生衰荡信号、采集有效数据并快速准确计算衰荡时间，精度高、速度快，而且额外的，该系统省去了一些现有系统中专门的激光关断电路，简化了结构，降低了成本。附图说明图1所示为本发明的CRDS气体浓度检测仪采样系统的结构框图。图2所示为本发明实施例1的状态转换器子状态转换图。图3所示为本发明实施例2的状态转换器子状态转换图。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施例，下面结合附图对实施例作简单地介绍，附图用于阐述基本原理，从而仅仅阐述对于理解基本原理所需的方面。附图未按比例绘出。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提出的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统包含衰荡信号的生成、采样和数据的处理。如图1所示，本发明的CRDS气体浓度检测仪的采样系统包括：状态转换器1、ADC采样器2、阈值调整模块4、激光器3、数据缓存器5和信号处理器6；其中，状态转换器1根据AD值、阈值和自身的状态来转换状态，决定激光器3的启动、关断和恢复，同时决定数据的缓存；ADC采样器2用于在状态转换器1的控制下进行光腔信号采样；阈值调整模块4用于调整触发激光关断的数据值；激光器3用于调制、关断和恢复激光；数据缓存器5用于缓存数据；信号处理器6用于从数据缓存器中获取数据，进行信号的分析与计算。实施例1：如图1和图2所示，在根据本发明实施例的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统中，状态转换器1根据自身状态向其它模块发送指令，以及根据其它模块反馈的信号切换状态，各个模块之间具体连接关系和功能如下：状态转换器1：分别与ADC采样器2、阈值调整模块4、激光器3、信号处理器6和数据缓存器5连接；依据状态转换器1的状态,各个模块间进行协同工作；该状态转换器1包含“监视”、“采集”和“停止”三个子状态，其中“监视”是指监视是否出现大于阈值的AD值；“采集”是指采集AD值；“停止”是指停止ADC采样；状态转换器1可接收信号处理器6发送来的“启动”指令，以确定是否将状态由“停止”切换至“监视”；状态转换器1可向阈值调整模块4发送“触发”信号用于阈值的调整，并接收阈值调整模块4发送来的设定阈值；状态转换器1可向ADC采样器2发送“启动”或“停止”指令以命令ADC采样器2开始采样或者停止采样，并接收采样器2发送来的AD值，通过比较AD值和阈值，判断是否将状态转换器1的子状态由“监视”切换至“采集”；状态转换器1根据自身状态向激光器3发送“启动”或“关闭”指令以启动或停止激光发射；状态转换器1根据自身状态发出保存指令指示数据缓存器5开始存储数据，并接收数据缓存器5发送来的“缓存满”信号，根据是否接收到“缓存满”信号或者自身是否发现AD值小于采集结束值，状态转换器1确定是否要由“采集”切换至“停止”；ADC采样器2：与状态转换器1和数据缓存器5连接，该模块的工作是在状态转换器信号的指示下，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器1，以及将采样的AD值缓存至数据缓存器5；激光器3：与状态转换器1连接；衰荡信号的生成有赖于对激光的启动和关断的控制，该模块就是在状态转换器的指示下完成激光的开启和关断。阈值调整模块4：与状态转换器1连接；从光腔采样过来的AD值有高有低，该模块用于为状态转换器1设置一个合适的阈值，以确定何时触发激光关闭；为了使阈值调整为合适的值，在该模块内部设计有两个计时器，这两个计时器以状态转换器发出的“触发”信号为输入，一个计时器设置时间长，一个计时器设置时间短；当在短时计时器在其时间内检测到有效“触发”信号，则提升阈值；当长时计时器在其时间内未检测到有效“触发”信号，则降低阈值；数据缓存器5：与状态转换器1、ADC采样器2、信号处理器6连接；数据的大量而快速的采集使对数据的实时处理难以实现，同时了解衰荡信号的原始数据也是必要的，为此而设置了数据缓存器，数据缓存器5的工作是在接收到状态转换器的“保存”指示后，将ADC采样器2发送来的AD值保存起来，待信号处理器6来读取；信号处理器6：与状态转换器1、数据缓存器5连接；衰荡信号得到采集和保存后，只有经过其读取、分析和计算后才是我们最终所需要的；数据处理完成后，该模块向状态转换器1发出“启动”信号，进入新一轮的采样循环。根据本发明实施例1的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统的具体工作步骤如下：1状态转换器1接收信号处理器6发送来的“启动”信号，根据“启动”信号，确定状态转换器1从“停止”切换至“监视”；2状态转换器1进入“监视”状态时，状态转换器1向激光器3和ADC采样器2发出“启动”指令，激光器3接收到“启动”指令后开启激光，ADC采样器2接收到“启动”指令后，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器1和数据缓存器5；3在“监视”状态下，当发现从ADC采样器2过来的AD值大于阈值调整模块4设置的阈值时，状态变为“采集”；4状态转换器1进入“采集”状态时，状态转换器1给阈值调整模块4发出“触发”指示用于阈值的调整，并接收阈值调整模块4发送来的设定阈值，同时，状态转换器1给数据缓存器5发出“保存”指示，给激光器3发出“关闭”指示；5在“采集”状态下，当状态转换器1接收到数据缓存器5发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“停止”状态；6状态转换器1进入“停止”状态时，状态转换器1给ADC采样器2发出“停止”指示；7在“停止”状态下，信号处理器6读取数据缓存器5保存的数据，并进行分析、计算，数据处理完成后，信号处理器6向状态转换器1发出“启动”信号，进入新一轮的采样循环。其中，步骤4中的阈值调整模块的阈值调整方式为，阈值调整模块包括两个计时器，一个计时器设置时间长，一个计时器设置时间短，两个计时器以状态转换器发出的触发激光器关断的“触发”信号为输入，当在短时计时器在其时间内检测到有效“触发”信号，则提升阈值；当长时计时器在其时间内未检测到有效“触发”信号，则降低阈值。实施例2：与实施例1不同之处在于状态转换器的设置，以及与状态转换器相关的具体工作步骤。如图3所示，状态转换器1包含“监视”、“打盹”、“采集”和“等待”四个子状态。其中，“等待”是指等待激光器恢复正常；“监视”是指监视是否出现大于阈值的AD值；“打盹”是指在关断激光后，必须等待一小段时间，这小段时间不需要ADC采样；“采集”是指采样衰荡信号AD值，该状态下采样到的数据是有效的。四个子状态之间的转换是这样的：系统启动时，状态转换器收到信号处理器的启动信号后进入初始状态“等待”，等待一段时间后进入”监视”状态；在“监视”状态下，当发现从ADC采样器过来的AD值大于阈值调整模块设置的阈值时，状态变为“打盹”；进入“打盹”状态即给阈值调整模块发出“触发”指示，“打盹”状态结束后，状态变为“采集”；在“采集”状态下，当数据缓存器发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“等待”状态；进入“等待”状态后，状态转换器不需要接收信号处理器的命令,依具体条件继续进入“监视”状态，周而复始直到检测结束。状态转换的同时，状态转换器给其他模块发出相应的指示。在“监视”或“采集”状态给ADC采样模块“启动”指示，其他状态即给“停止”指示；进入“打盹”状态即给阈值调整模块发出“触发”指示；进入“采集”状态给数据缓存器发出“保存”指示；在“打盹”、“采集”和“等待”状态给激光模块发出“关断”指示，在“监视”状态给激光模块发出“启动”指示。其余模块之间的具体连接关系和功能与实施例1基本相同，不再赘述。根据本发明实施例2的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统的具体工作步骤如下：1系统启动时，状态转换器1收到信号处理器6发送的启动信号后进入初始状态“等待”；2等待一段时间后,各项条件满足后进入”监视”状态；3状态转换器1进入“监视”状态时，状态转换器1向激光器3和ADC采样器2发出“启动”指令，激光器3接收到“启动”指令后开启激光，ADC采样器2接收到“启动”指令后，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器1和数据缓存器5；4在“监视”状态下，当发现从ADC采样器2过来的AD值大于阈值调整模块4设置的阈值时，状态变为“打盹”；5状态转换器1进入“打盹”状态时，状态转换器1给阈值调整模块4发出“触发”指示用于阈值的调整，并接收阈值调整模块4发送来的设定阈值，同时，状态转换器1给激光器3发出“关闭”指示，给ADC采样器2发出“停止”指示，“打盹”结束后状态变为“采集”；6状态转换器1进入“采集”状态时，状态转换器1给ADC采样器2发出“启动”指示，状态转换器1给数据缓存器5发出“保存”指示；7在“采集”状态下，当状态转换器1接收到数据缓存器5发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“等待”状态；8状态转换器1进入“等待”状态时，状态转换器1给ADC采样器2发出“停止”指示；9在“等待”状态下，信号处理器6读取数据缓存器5保存的数据，并进行分析、计算、数据处理，当“等待”状态结束后，状态转换器1进入“监视”状态，进入新一轮的采样循环。

权利要求：1.一种基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，该系统包括状态转换器、ADC采样器、激光器、数据缓存器和信号处理器；状态转换器分别连接ADC采样器、激光器、信号处理器和数据缓存器，以及ADC采样器和数据缓存器之间互相连接，数据缓存器和信号处理器之间互相连接；状态转换器根据阈值、所述ADC采样器发送的采样AD值和自身状态来转换状态，并根据该状态决定激光器的启动或关闭、ADC采样器的启动或停止、数据的缓存和数据的处理。2.根据权利要求1所述的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，其特征在于：所述ADC采样器，用于进行光腔信号采样AD值，并将AD值发送给状态转换器和数据缓存器；所述激光器，用于调制、关断和恢复激光；所述数据缓存器，用于缓存数据；所述信号处理器，用于从数据缓存器中获取数据，进行信号的处理。3.根据权利要求1所述的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，其特征在于：该系统还包括阈值调整模块，所述阈值调整模块与状态转换器相连，用于调整触发激光关断的阈值。4.根据权利要求3所述的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，其特征在于：阈值调整模块包括两个计时器，一个计时器设置时间长，一个计时器设置时间短，状态转换器向阈值调整模块发送的所述信号为触发激光器关断的触发信号。5.根据权利要求3或4所述的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，其特征在于：状态转换器包含“监视”、“采集”和“停止”三个子状态，依据状态转换器的状态,各个模块间进行协同工作；状态转换器可接收信号处理器发送来的指令，以确定是否将子状态由“停止”切换至“监视”；状态转换器可向ADC采样器和激光器发送“启动”或“停止”指令，并接收采样器发送来的AD值，通过比较AD值和阈值，判断是否将状态转换器的子状态由“监视”切换至“采集”；状态转换器根据子状态发出保存指令指示数据缓存器开始存储数据，并接收数据缓存器发送来的“缓存满”信号，根据是否接收到“缓存满”信号或者是否自身发现AD值小于采集结束值，状态转换器确定是否要由“采集”切换至“停止”；状态转换器可向阈值调整模块发送信号用于阈值的调整，并接收阈值调整模块发送来的设定阈值。6.根据权利要求3或4所述的基于CRDS气体浓度检测仪的采样系统，其特征在于：状态转换器包含“监视”、“打盹”、“采集”、“等待”四个子状态，依据状态转换器的状态,各个模块间进行协同工作；系统启动时，状态转换器可收到信号处理器的启动信号，以确定是否进入初始状态“等待”；进入“等待”子状态后，等待一段时间后进入”监视”状态；状态转换器接收采样器发送来的AD值，通过比较AD值和阈值，判断是否将状态转换器的子状态由“监视”切换至“打盹”；进入“打盹”状态即给阈值调整模块发出“触发”指示并接收阈值调整模块发送来的设定阈值，“打盹”状态结束后，状态变为“采集”；状态转换器根据子状态发出保存指令指示数据缓存器开始存储数据，并接收数据缓存器发送来的“缓存满”信号，根据是否接收到“缓存满”信号或者是否自身发现AD值小于采集结束值，状态转换器确定是否要由“采集”切换至“等待”。7.一种CRDS气体浓度检测仪的采样方法，工作步骤如下：1状态转换器接收信号处理器发送来的“启动”信号，根据“启动”信号，确定状态转换器从“停止”切换至“监视”；2状态转换器进入“监视”状态时，状态转换器向激光器和ADC采样器发出“启动”指令，激光器接收到“启动”指令后开启激光，ADC采样器接收到“启动”指令后，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器和数据缓存器；3在“监视”状态下，当发现从ADC采样器过来的AD值大于阈值调整模块设置的阈值时，状态变为“采集”；4状态转换器进入“采集”状态时，状态转换器给阈值调整模块发出“触发”指示用于阈值的调整，并接收阈值调整模块发送来的设定阈值，同时，状态转换器给数据缓存器发出“保存”指示，给激光器发出“关闭”指示；5在“采集”状态下，当状态转换器接收到数据缓存器发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“停止”状态；6状态转换器进入“停止”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“停止”指示；7在“停止”状态下，信号处理器读取数据缓存器保存的数据，并进行分析、计算，数据处理完成后，信号处理器向状态转换器发出“启动”信号，进入新一轮的采样循环。8.一种CRDS气体浓度检测仪的采样方法，工作步骤如下：1系统启动时，状态转换器收到信号处理器发送的启动信号后进入初始状态“等待”；2等待一段时间后,各项条件满足后进入”监视”状态；3状态转换器进入“监视”状态时，状态转换器向激光器和ADC采样器发出“启动”指令，激光器接收到“启动”指令后开启激光，ADC采样器接收到“启动”指令后，对光腔信号进行采样，并将采样的AD值传输给状态转换器和数据缓存器；4在“监视”状态下，当发现从ADC采样器过来的AD值大于阈值调整模块设置的阈值时，状态变为“打盹”；5状态转换器进入“打盹”状态时，状态转换器给阈值调整模块发出“触发”指示用于阈值的调整，并接收阈值调整模块发送来的设定阈值，同时，状态转换器给激光器发出“关闭”指示，给ADC采样器发出“停止”指示，“打盹”结束后状态变为“采集”；6状态转换器进入“采集”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“启动”指示，状态转换器给数据缓存器发出“保存”指示；7在“采集”状态下，当状态转换器接收到数据缓存器发来“缓存满”的信号或者自身发现AD值小于采集结束值时，即进入“等待”状态；8状态转换器进入“等待”状态时，状态转换器给ADC采样器发出“停止”指示；9在“等待”状态下，信号处理器读取数据缓存器保存的数据，并进行分析、计算、数据处理，当“等待”状态结束后，状态转换器进入“监视”状态，进入新一轮的采样循环。9.根据权利要求7或8所述的采样方法，其特征在于：阈值调整模块的两个计时器以状态转换器发出的触发激光器关断的“触发”信号为输入，当在短时计时器在其时间内检测到有效“触发”信号，则提升阈值；当长时计时器在其时间内未检测到有效“触发”信号，则降低阈值。

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