本发明涉及腔增强，尤其涉及一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测方法及系统。
背景技术：
1、增强腔是一种光学腔（谐振腔），是用于共振增强光功率或者光强，将红外线与待检测气体传输至增强腔中，可以利用被增强腔增强了的红外线检测待检测气体的气体浓度，从而使得环境温室气体监测仪在增强腔的加强下实现微量气体浓度的检测。
2、目前，基于增强腔的气体浓度检测的方法众多，例如将光源产生的红外光束经光调制器后变成脉冲式光束，脉冲光束穿过充满待测气体的光增强腔，光声检测器用于测量光学腔内光脉冲强度，反馈环节用于放大调整光源，从而通过放大调整后的光源来测量气体浓度，其次还有将增强腔搭建为v型腔，通过v型腔优化系统光路，且利用腔衰荡光谱技术测得真空状态下的腔衰荡时间，进而得到了系统增强参数，利用增强参数实现了对气体的高准确度、高灵敏度测量，然而，上述两种方案中，前者需要增加光调制器，后者需要增加平面镜与凹面镜的数量，这使得上述两种方案的系统较为冗余。因此，亟待一种解决方案可以在简化气体检测系统的前提下实现红外线光的增强。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供了一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测方法及系统，可以在简化气体检测系统的前提下实现红外线光的增强。
2、第一方面，本发明提供了一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测方法，包括：
3、识别待检测气体所在的气体区域，确定所述待检测气体的环境温室气体监测仪的仪器组成，其中，所述仪器组成包括红外光谱仪、集成探测器、单频红外激光器及增强腔，所述增强腔包括发射凹面镜与反射凹面镜；
4、利用所述单频红外激光器构建所述增强腔的红外线样本，将所述红外线样本从所述单频红外激光器发射至所述增强腔之后，在所述集成探测器中计算所述增强腔反射回来的反射样本中红外线数目，利用所述红外线数目检测所述增强腔的红外线发射角度；
5、计算所述红外线样本在所述增强腔中的传输长度，基于所述红外线发射角度与所述传输长度，构建所述仪器组成在所述气体区域上的摆放位置，以通过所述摆放位置将所述仪器组成摆放在所述气体区域上；
6、在通过所述摆放位置将所述仪器组成摆放在所述气体区域上之后，计算所述红外线样本与所述反射样本之间的样本误差，根据所述样本误差，调节所述单频红外激光器的红外线波长，得到调节波长，并利用所述调节波长查询所述待检测气体的气体类别；
7、设置所述红外光谱仪的积分时间和平均次数，得到设置好的红外光谱仪，在根据所述调节波长，从所述单频红外激光器发射探测红外线至所述增强腔之后，利用所述设置好的红外光谱仪检测所述增强腔反射回来的反射红外线的光谱图，利用所述光谱图计算所述待检测气体的气体浓度；
8、将所述气体类别与所述气体浓度作为所述环境温室气体监测仪的气体检测结果。
9、在第一方面的一种可能实现方式中，在所述集成探测器中计算所述增强腔反射回来的反射样本中红外线数目，包括：
10、利用所述集成探测器获取所述增强腔上的光斑图像；
11、利用预设的全局阈值分割算法从所述光斑图像中检测光斑区域；
12、从所述光斑区域中选取面积最小光斑区域；
13、计算所述面积最小光斑区域的面积均值；
14、在所述光斑区域中选取面积大于所述面积均值的重叠光斑区域；
15、计算所述重叠光斑区域的像素最长距离；
16、识别所述像素最长距离的距离个数；
17、利用所述距离个数确定所述重叠光斑区域中的重叠光斑数目；
18、将所述面积最小光斑区域的最小光斑数目与所述重叠光斑数目之和作为所述红外线数目。
19、在第一方面的一种可能实现方式中，所述利用所述红外线数目检测所述增强腔的红外线发射角度，包括：
20、在所述红外线数目中选取最大红外线数目；
21、基于所述最大红外线数目，利用下述公式计算所述增强腔的红外线发射角度：
22、；
23、其中，表示增强腔的红外线发射角度，表示最大红外线数目，表示增强腔中发射凹面镜与反射凹面镜构成的曲率圆的半径，表示增强腔的直径。
24、在第一方面的一种可能实现方式中，所述计算所述红外线样本在所述增强腔中的传输长度，包括：
25、利用下述公式计算所述红外线样本在所述增强腔中的腔镜反射率：
26、；
27、其中，表示腔镜反射率，表示所述红外线样本的强度，表示所述红外线样本在所述增强腔中发生折射的强度，表示增强腔中气体在一定浓度下对红外线光的吸收度，表示增强腔中发射凹面镜与反射凹面镜之间的距离；
28、基于所述腔镜反射率，利用下述公式计算所述红外线样本在所述增强腔中的传输长度：
29、；
30、其中，表示传输长度，表示腔镜反射率，表示增强腔中发射凹面镜与反射凹面镜之间的距离。
31、在第一方面的一种可能实现方式中，所述基于所述红外线发射角度与所述传输长度，构建所述仪器组成在所述气体区域上的摆放位置，包括：
32、利用下述公式计算所述气体区域上的中心点：
33、；
34、其中，表示中心点，表示气体区域的边界上第1个坐标，表示气体区域的边界上第2个坐标，表示气体区域的边界上第m个坐标，m表示气体区域的边界上的坐标总数；
35、查询在所述红外线发射角度下的红外线样本在所述发射凹面镜上的折射红外线；
36、基于所述折射红外线与所述传输长度，利用下述公式计算所述发射凹面镜与所述中心点之间的垂直长度：
37、；
38、；
39、其中，表示垂直长度，表示传输长度的一半，表示折射红外线对应的折射角；
40、基于所述折射红外线与所述传输长度，利用下述公式计算所述发射凹面镜与所述中心点之间的水平长度：
41、；
42、；
43、其中，表示水平长度，表示传输长度的一半，表示折射红外线对应的折射角；
44、根据所述垂直长度与所述水平长度，确定所述发射凹面镜相对于所述中心点的第一相对位置；
45、根据所述第一相对位置，确定所述反射凹面镜相对于所述中心点的第二相对位置；
46、利用所述第一相对位置与所述第二相对位置确定所述增强腔、所述红外光谱仪及所述集成探测器的第一摆放位置；
47、利用所述红外线发射角度确定所述单频红外激光器的第二摆放位置；
48、将所述第一摆放位置与所述第二摆放位置作为所述摆放位置。
49、在第一方面的一种可能实现方式中，所述计算所述红外线样本与所述反射样本之间的样本误差，包括：
50、获取单频红外激光器的线宽增强因子；
51、根据所述单频红外激光器的线宽增强因子，利用下述公式计算所述红外线样本与所述反射样本之间的样本误差：
52、；
53、其中，表示样本误差，f表示反射样本的频率，表示单频红外激光器的线宽增强因子，表示反射样本的光功率，表示反射样本的光速，表示传输长度，表示腔镜反射率，表示反射样本在增强腔中的单程传输时间。
54、在第一方面的一种可能实现方式中，所述根据所述样本误差，调节所述单频红外激光器的红外线波长，得到调节波长，包括：
55、将所述样本误差输入至预设的pid控制器中；
56、在所述预设的pid控制器中，根据所述样本误差，利用下述公式计算所述单频红外激光器的调节频率：
57、；
58、其中，表示调节频率，表示比例增益，表示积分时间常数，表示微分时间常数，表示，表示样本误差，t表示时间；
59、根据所述调节频率，确定所述单频红外激光器的调节波长。
60、在第一方面的一种可能实现方式中，所述设置所述红外光谱仪的积分时间和平均次数，得到设置好的红外光谱仪，包括：
61、利用所述红外光谱仪测量所述反射样本的频域信号；
62、利用预设的傅里叶逆变换将所述频域信号转换时域信号；
63、基于所述时域信号，利用下述公式计算所述红外光谱仪的测量误差：
64、；
65、；
66、其中，表示测量误差，i表示时域信号中时段的序号，表示时域信号中时段的总数，表示时域信号的总时长，表示时域信号中时段的长度，表示第j个时段内的时域信号值；
67、在所述测量误差最小时，将所述测量误差对应的时段长度作为所述积分时间；
68、在所述测量误差最小时，将所述测量误差对应的时段总数作为所述平均次数。
69、在第一方面的一种可能实现方式中，所述利用所述光谱图计算所述待检测气体的气体浓度，包括：
70、在所述光谱图中检测所述反射红外线的反射光强，并检测所述探测红外线的探测光强；
71、根据所述反射光强与所述探测光强，利用下述公式计算所述待检测气体的气体浓度：
72、；
73、其中，表示气体浓度，表示反射光强，表示探测光强，表示增强腔内的吸引截面，表示光源与待检测气体作用的有效长度。
74、第二方面，本发明提供了一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测系统，所述系统包括：
75、仪器确定模块，用于识别待检测气体所在的气体区域，确定所述待检测气体的环境温室气体监测仪的仪器组成，其中，所述仪器组成包括红外光谱仪、集成探测器、单频红外激光器及增强腔，所述增强腔包括发射凹面镜与反射凹面镜；
76、角度检测模块，用于利用所述单频红外激光器构建所述增强腔的红外线样本，将所述红外线样本从所述单频红外激光器发射至所述增强腔之后，在所述集成探测器中计算所述增强腔反射回来的反射样本中红外线数目，利用所述红外线数目检测所述增强腔的红外线发射角度；
77、仪器摆放模块，用于计算所述红外线样本在所述增强腔中的传输长度，基于所述红外线发射角度与所述传输长度，构建所述仪器组成在所述气体区域上的摆放位置，以通过所述摆放位置将所述仪器组成摆放在所述气体区域上；
78、类别查询模块，用于在通过所述摆放位置将所述仪器组成摆放在所述气体区域上之后，计算所述红外线样本与所述反射样本之间的样本误差，根据所述样本误差，调节所述单频红外激光器的红外线波长，得到调节波长，并利用所述调节波长查询所述待检测气体的气体类别；
79、浓度计算模块，用于设置所述红外光谱仪的积分时间和平均次数，得到设置好的红外光谱仪，在根据所述调节波长，从所述单频红外激光器发射探测红外线至所述增强腔之后，利用所述设置好的红外光谱仪检测所述增强腔反射回来的反射红外线的光谱图，利用所述光谱图计算所述待检测气体的气体浓度；
80、结果确定模块，用于将所述气体类别与所述气体浓度作为所述环境温室气体监测仪的气体检测结果。
81、与现有技术相比，本方案的技术原理及有益效果在于：
82、本发明实施例通过在所述集成探测器中计算所述增强腔反射回来的反射样本中红外线数目，以用于基于气体分子多次吸收光线能量，从而实现能量越级的原理，为气体分子构建最大数目的红外线数目，从而使得气体分析在吸收大量的反射光线之后实现能量上的极大的增强，这样可以增加对能量小的微量气体测量的准确率，本发明实施例通过计算所述红外线样本在所述增强腔中的传输长度，以用于计算所述红外线样本透过所述发射凹面镜进入所述增强腔中之后，所穿过的气体的距离，这样可以在后续根据红外线样本所穿过的距离来设置增强腔的长度，进一步地，本发明实施例通过基于所述红外线发射角度与所述传输长度，构建所述仪器组成在所述气体区域上的摆放位置，以用于使得红外线可以穿过气体区域的中心点，并在发射凹面镜与反射凹面镜的作用下，将多次反射的红外线穿过中心点及中心点周边区域，从而实现中心点及中心点周边区域的气体分子的能量的增强，本发明实施例通过计算所述红外线样本与所述反射样本之间的样本误差，以用于在后续减小样本误差，使得发射的红外线与反馈回来的红外线可以实现共振，从而提升增强腔的稳定性，本发明实施例通过设置所述红外光谱仪的积分时间和平均次数，以用于减少后续光谱图的噪声误差。因此，本发明实施例提出的一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测方法及系统，可以在简化气体检测系统的前提下实现红外线光的增强。
1.一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述集成探测器中计算所述增强腔反射回来的反射样本中红外线数目，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述红外线数目检测所述增强腔的红外线发射角度，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述红外线样本在所述增强腔中的传输长度，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述红外线发射角度与所述传输长度，构建所述仪器组成在所述气体区域上的摆放位置，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述红外线样本与所述反射样本之间的样本误差，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述样本误差，调节所述单频红外激光器的红外线波长，得到调节波长，包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置所述红外光谱仪的积分时间和平均次数，得到设置好的红外光谱仪，包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述光谱图计算所述待检测气体的气体浓度，包括：
10.一种基于腔增强的环境温室气体监测仪的检测系统，其特征在于，所述系统包括：
