(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 202210752998.5 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 无锡学院 地址 214105 江苏省无锡市锡山区锡山大 道333号 (72)发明人 张赵良　潘斐　朱菊香　张馗　 谷卫　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 彭晓勤 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种红外气体检测信号调理与特征提取系 统及方法 (57)摘要 本发明提供一种红外气体检测信号调理与 特征提取系统及方法， 系统包括光学系统和电路 系统， 所述光学系统顺次连接的红外光源、 采样 气室和红外探测器； 所述电路系统包括电源、 上 位机、 光源驱动、 微控制器、 可变增益放大电路和 跨阻放大电路， 跨阻放大电路、 可变增益放大电 路、 微控制器和光源驱动顺次连接， 电源与光源 驱动连接， 上位机与微控制器连接； 光源驱动还 与红外光源 连接， 跨阻放大电路还与红外探测器 连接； 本发 明有效地解决了烷类混合气体中主要 成分难以辨别的问题。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115128030 A 2022.09.30 CN 115128030 A 1.一种红外气体检测信号调理与特征提取系统， 其特征在于， 包括光学系统和电路系 统， 所述光学系统顺次连接的红外光源、 采样气室和红外探测器； 所述电路系统包括电源、 上位机、 光源驱动、 微控制器、 可变增益放大电路和跨阻放大电路， 跨阻放大电路、 可变增益 放大电路、 微控制器和光源驱动顺次连接， 电源与光源驱动连接， 上位机与微控制器连接； 光源驱动还与红外光源连接， 跨阻放大电路还与红外 探测器连接 。 2.根据权利要求1所述的红外气体检测信号调理与 特征提取系统， 其特征在于， 所述红 外光源的驱动模式选择为脉冲模式， 确定光源为 100mA电流驱动， 驱动信号由微控制器控制 光源驱动输出， 占空比5 0％， 周期10 Hz。 3.一种红外气体 检测信号调理与特 征提取方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 配置待测气体， 由进气口输入 采样气室； S2： 微控制器输出控制信号， 控制红外光源以相同的频率和电流强度依次发光， 经由采 样气室内的待测气体进行吸 收； S3： 红外探测器进行信号采集得到光信息， 光信息再由跨阻放大电路、 可变增益放大电 路进行放大、 滤波处 理后被微控制器接收； S4： 微控制器接收后即进行A/D转换和算法处理， 最后数据上传至上位机进行显示和存 储。 4.根据权利要求3所述的红外气体检测信号调理与 特征提取方法， 其特征在于， 所述步 骤S4中算法处理中， 对微控制器接收的光信息做离散傅里叶变换DFT， 提取其中10Hz分量的 运算结果， 与 做一次乘法还原有效信号的原 始幅值。 5.根据权利要求4所述的红外气体检测信号调理与 特征提取方法， 其特征在于， 所述步 骤S4中算法处 理包括： DFT将待检测信号和很多不同频率的正弦波和余弦波相乘， 也就是进行了信号相关性 检测， 与余弦进行比较得出幅值信息， 与正弦进 行比较得出相位信息， 相关程度比较函数如 下： 其中x[i]为原采样信号， y[i]为相关程度比较信号， correlation(x， y)的值越大， 说明 相关程度越高， 为0则代 表不相关， 相关程度比较的具体函数表达式如下： 欧拉公式如下： eix＝cosx+isi nx 使用欧拉公式将相关程度比较式展开： 对原信号x[n]进行N点采样后， 与 N个基信号进行比较， 如果只跟余弦进行比较， 会损失权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115128030 A 2一些幅值相位信息， 两个相关程度运算可以还原得到原信号的幅值和相位信息， 保证信号 不丢失。 6.根据权利要求5所述的红外气体检测信号调理与 特征提取方法， 其特征在于， 所述步 骤S4中算法处 理还包括： 实部计算如下： 虚部计算如下： 幅值计算如下： result＝sqr t(real*real+ima g*imag)＝sqrt(a2+b2)。 7.根据权利要求6所述的红外气体检测信号调理与特征提取方法， 其特征在于， 根据 DFT的数学背景可知， 正弦和余弦正交， 相关程度比较可以看成内积， 与正弦内积相当于投 影到正弦的轴上， 与余弦内积相当于投影到余弦的轴上， 有效信号的还原式如下： 其中： 为模， 为相位， 此为 傅里叶变换的结果。 8.根据权利要求7所述的红外气体检测信号调理与 特征提取方法， 其特征在于， 所述步 骤S4中算法处 理还包括： 离散傅里叶变换存在计算量过大的弊端， 当采样点为N时， 计算所需时间为O(N2)， 快速 傅里叶变换能用O(Nlog2N)的时间完成计算， FFT是把用系数表示的多项式转换成它的点值 表示的算法， 在D FT的基础上提高运算 效率， 保证信号的实时性， 同时DFT需要N2次复数乘 法 和N(N‑1)次复数加法， 对于实时通信系统而言， 运算速率的要求太高， FFT将一个N点DFT进 行分解得到以2点DFT为基础的运算流图作为编程的基本思路， 离散傅里叶变换和逆变换 IDFT公式如下： 其中， W是需要替换的旋转因子： 旋转因子W的性质如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115128030 A 3