專利名稱：一種多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜在線定量分析領(lǐng)域，涉及一種多組分氣體傅立葉變換紅外光譜分析的濾波方法，尤其是一種基于取值范圍約束的多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析的濾波方法。
背景技術(shù)：
傅立葉變換紅外光譜分析是多組分氣體在線定量分析的重要方法之一。氣體分析涉及到科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)、設(shè)備的故障診斷、產(chǎn)品質(zhì)量的檢測、天然氣與石油勘探錄井等多個(gè)領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，組分氣體的在線定量分析發(fā)揮著非常重要的作用。如變壓器的故障診斷方法中，有一種就是通過檢測變壓器油中乙炔等氣體的含量來識(shí)別的，天然氣的燃燒值是通過檢測天然氣中甲烷、乙烷等組分的含量來確定的。雖然氣體吸收光譜的光譜分析是氣體定量分析的一種重要方法，但這種方法還存在一些沒有解決的問題，其中之一就是光譜儀長時(shí)間工作后，由于環(huán)境的變化等因素，光譜會(huì)發(fā)生一定的畸變，待分析氣體中可能存在一定的干擾氣體。這些不確定因素往往導(dǎo)致分析結(jié)果中存在噪聲。在存在多種具有相同分子基團(tuán)的組分情況下，如丙烷、異丁烷、正丁烷等烷烴氣體都具有-CH2-基團(tuán)，由于其吸收光譜嚴(yán)重交疊，光譜所形成的矩陣條件數(shù)大，光譜中一點(diǎn)小的干擾就可能引入大的噪聲。為了消除噪聲，得到更為準(zhǔn)確的分析結(jié)果，需要對連續(xù)的光譜分析結(jié)果進(jìn)行處理。去除噪聲的常用方法是濾波，但直接采用常規(guī)的濾波方法對連續(xù)分析結(jié)果進(jìn)行濾波可能會(huì)濾除變化快的有用的氣體濃度信息。于是，如何消除噪聲，但又能保留快速變化的有效氣體濃度信息，就成了多組分氣體光譜定量分析的重要內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析的濾波方法，以降低分析結(jié)果的噪聲水平，提高分析結(jié)果準(zhǔn)確性，同時(shí)又能保留連續(xù)分析結(jié)果中的快速變化的濃度信息。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案
一種多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法，
(1)采用常規(guī)多組分氣體光譜在線分析獲得分析結(jié)果；
(2)根據(jù)步驟(1)所得分析結(jié)果，結(jié)合常規(guī)多組分氣體光譜在線分析過程中目標(biāo)氣體吸收光譜譜線值的變化量、目標(biāo)氣體吸收光譜譜線對各組分氣體的靈敏度、選擇性和噪聲水平，設(shè)定氣體濃度變化范圍，以約束分析過程中各組分氣體濃度的收斂方向，限定最終分析結(jié)果的取值范圍，以達(dá)到降低噪聲水平，卻又能保留連續(xù)各組分氣體分析結(jié)果中的快速變化濃度信息的目的。
所述氣體濃度變化范圍如(Ia)式和(Ib)式所示形式N
Cik+1 )down = Cik)- X wy (- log(v;(眾 +1)) + log(v; (k))) / ay(1 a)5
C
權(quán)利要求
1.一種多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法，其特征在于(1)采用常規(guī)多組分氣體光譜在線分析獲得分析結(jié)果；(2)根據(jù)步驟(1)所得分析結(jié)果，結(jié)合常規(guī)多組分氣體光譜在線分析過程中目標(biāo)氣體吸收光譜譜線值的變化量、目標(biāo)氣體吸收光譜譜線對各組分氣體的靈敏度、選擇性和噪聲水平，設(shè)定氣體濃度變化范圍，以約束分析過程中各組分氣體濃度的收斂方向，限定最終分析結(jié)果的取值范圍，以達(dá)到降低噪聲水平，卻又能保留連續(xù)各組分氣體分析結(jié)果中的快速變化濃度信息的目的。
2.如權(quán)利要求1所述多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法，其特征在于所述氣體濃度變化范圍如(Ia)式和(Ib)式所示形式
3.如權(quán)利要求2所述多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法，其特征在于所述各組分氣體的關(guān)聯(lián)譜線，及其權(quán)值系數(shù)，其特征在于關(guān)聯(lián)譜線盡可能選擇靈敏度大、選擇性好的譜線；譜線選擇性越好，其權(quán)值相應(yīng)越大，否則越??；譜線靈敏度越高的譜線，其權(quán)值相應(yīng)越大，否則越小；噪聲水平越小，權(quán)值越大，反之越??；(1)對于以透射率為輸出的光譜圖，各譜線對各組分氣體的靈敏度和折算吸光率分別由(2a)式和(2b)式確定；
4.如權(quán)利要求2所述多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法，其特征在于所述常規(guī)多組分氣體光譜在線分析，其相鄰兩次分析的時(shí)間間隔At估采用如下方式來確定(1)光譜分析時(shí)間采用實(shí)驗(yàn)法確定，在設(shè)置好光譜波數(shù)分辨率和獲得一個(gè)光譜圖所需掃描次數(shù)后，進(jìn)行光譜掃描，對比前后兩次獲得一個(gè)光譜圖的間隔時(shí)間，該間隔時(shí)間即為掃描間隔；給定光譜圖，選用的多組分氣體光譜分析方法對該光譜進(jìn)行分析，測試光譜分析過程的計(jì)算所需時(shí)間At2;光譜分析的時(shí)間間隔At= At1+At2;在不同氣體濃度配比情況下，連續(xù)做1000次以上這樣的測試，獲取最大的At，即Atmax，及最小的Atmin，取其均值作為最終的光譜分析間隔時(shí)間At，并取St= Atfflax-At+η作為光譜分析時(shí)間間隔偏差，其中Π為人為設(shè)定的一個(gè)余量，
5.如權(quán)利要求2所述多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析濾波方法，其特征在于所述濾波方法在于對多組分氣體傅立葉變換紅外光譜分析結(jié)果進(jìn)行如下操作 如果 Ci (k+l)UP ≥Ci (k+Ι)≥Ci (k+l)D_，則 Ci (k+Ι)維持不變； 如果 Ci(k+1) > Ci(k+l)UP，則令 Ci(k+1) = Ci (k+l)UP ； 如果 Ci (k+1) < Ci (k+1) D_,則令 Ci (k+1) = Ci (k+1) D_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多組分氣體傅立葉變換紅外光譜在線分析的濾波方法。該方法在常規(guī)多組分氣體在線光譜分析過程中，根據(jù)某些目標(biāo)氣體吸收光譜譜線值的變化量，及其噪聲水平，對某些氣體的選擇性與靈敏度，以及上一次分析結(jié)果，設(shè)定氣體濃度變化范圍，以約束分析過程中各組分氣體濃度的收斂方向，限定最終分析結(jié)果的取值范圍，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)降低噪聲水平，卻又能保留連續(xù)各組分氣體分析結(jié)果中的快速變化濃度信息。對于需要用到迭代運(yùn)算的多組分氣體光譜方法，還有助于提高收斂速度?？捎糜谑汀⑻烊粴饪碧降臍鉁y錄井，產(chǎn)品質(zhì)量檢查與故障診斷、五金、化工、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的多組分氣體光譜定量分析應(yīng)用中。
文檔編號(hào)G01N21/35GK102539370SQ20111035541
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者關(guān)金鋒, 劉君華, 張蕾, 朱凌建, 湯曉君, 王進(jìn) 申請人:西安交通大學(xué)