提高差分吸收光谱在线监测灵敏度的方法

摘要

本发明涉及提高差分吸收光谱在线监测灵敏度的方法。对气体的标准吸收截面和测量光谱数据做同样特性的特征变化提取，基于特征变化的数据进行气体成分和浓度的计算。气体吸收光谱的特征变化是其标准吸收截面频域图中能谱集中的一点或一个范围，该特征变化包括一个慢变化点υL和一个快变化点νH。通过对气体标准吸收截面做通带为(υL，νH)的带通处理而获得的，通过对实测光谱数据做快变化点(νH)的平滑(低通)处理，到等效出射光强I′(λ)。本发明可以有效去除各种噪声和干扰对在线测量的影响，保留信号中对信噪比和检测灵敏度贡献最大的部分，无需试凑法即可找到信号处理的最佳分界点，最终提高差分吸收光谱方法的在线集成的精度和灵敏度。

主权项

1.一种提高差分吸收光谱在线监测灵敏度的方法，其特征是步骤如下：1)对所有待测目标气体的标准吸收光谱做频域变换，获得各个气体吸收光谱随波长变化的特性；2)确定每一种待测气体吸收光谱的频域图中能谱集中的一点或一个范围；3)选取包括所有待测气体吸收光谱的共同特征变化作为总的特征变化，所述总特征变化是包括一个慢变化点和一个快变化点的一个区间；总特征变化也可以由几个区间构成；4)对待测气体的标准吸收截面做特征提取，基于总特征变化的快变化点ν_H和慢变化点ν_L分别作为快慢分界点；即将气体吸收截面分解为三个部分：慢变化、特征变化和更快变化：        σ_i(λ)＝σ_i0(λ)+σ_ic(λ)+σ_in(λ)        (4)其中σ_ic(λ)为气体吸收截面中随波长的特征变化部分，σ_in(λ)为气体吸收截面中随波长的更快变化部分，σ_i0(λ)是气体吸收截面中随波长的慢变化部分；气体吸收截面的特征变化σ_ic(λ)由气体吸收截面σ_i(λ)做通带为(υ_L，ν_H)的带通滤波得到：σ_ic(λ)＝σ_i(λ)·F(υ_L，ν_H)，其中，F(υ_L，ν_H)采用公知的带通滤波算法；5)对实测光谱数据做特征提取，基于总特征变化的快变化点ν_H和慢变化点ν_L分别作为快慢分界点；对实测信号I(λ)做变化特征为ν_H的平滑低通处理，得到等效出射光强I′(λ)：           I′(λ)＝I(λ)F(ν_H)                (5)对实测信号I(λ)做变化特征为ν_L的平滑低通处理，得到等效入射光强$I_0^{\prime }\left(\lambda \right)=I\left(\lambda \right)F\left({\nu }_L\right)---\left(6\right)$其中，F(ν)采用公知的平滑低通滤波算法；6)基于气体吸收截面的特征变化σ_ic(λ)、等效入射光强和等效出射光强I′(λ)，计算待测气体的浓度：$\mathrm{L\Sigma }\left({\sigma }_{\mathrm{ic}}\left(\lambda \right)c_i\right)=\ln (I_0^{\prime }\left(\lambda \right)/I^{\prime }\left(\lambda \right))---\left(7\right)$通过对式(7)选择多个不同波长可以构成线性方程组(8)，使用最小二乘法对线性方程组(8)进行求解，可以同时得到待测气体中的多种成分的浓度$\left[\begin{array}{c}{D}_c\left({\lambda }_1\right)\\ D_c\left({\lambda }_2\right)\\ .\\ .\\ .\\ D_c\left({\lambda }_{m-1}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{L\Sigma }({\sigma }_{\mathrm{ic}}\left({\lambda }_1\right)c_i\\ \mathrm{L\Sigma }({\sigma }_{\mathrm{ic}}\left({\lambda }_2\right)c_i\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{L\Sigma }({\sigma }_{\mathrm{ic}}\left({\lambda }_{m-1}\right)c_i\end{array}\right]---\left(8\right).$