一種光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)一種光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，該方法利用被測(cè)氣體的實(shí)時(shí)測(cè)量光譜數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的被測(cè)氣體吸收截面數(shù)據(jù)庫，計(jì)算光譜儀波長漂移量；并計(jì)算對(duì)應(yīng)波長漂移量的波長平移后的被測(cè)氣體吸收截面與被測(cè)氣體吸光度用于計(jì)算被測(cè)氣體濃度，實(shí)時(shí)消除由于波長漂移帶來的測(cè)量誤差。
【專利說明】 一種光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法。
技術(shù)背景
[0002]光譜儀是以光電探測(cè)器檢測(cè)譜線對(duì)應(yīng)波長位置及強(qiáng)度的裝置，是紫外差分吸收光譜技術(shù)等光譜吸收技術(shù)儀器的核心部件。隨著國家對(duì)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，現(xiàn)有的紅外分析儀器和常規(guī)的紫外差分吸收光譜技術(shù)已經(jīng)很難滿足煙氣分析的低檢測(cè)限、高靈敏度和高分辨率等要求，這對(duì)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行情況下紫外差分吸收光譜分析儀器核心部件一光譜儀的波長穩(wěn)定性提出了更高的要求。另外，現(xiàn)場一般均伴隨有不同強(qiáng)度的振動(dòng)和環(huán)境溫度的變化，這種機(jī)械振動(dòng)和環(huán)境溫度變化都會(huì)導(dǎo)致光譜儀的波長漂移，進(jìn)而會(huì)造成儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差。因此如何實(shí)時(shí)消除波長漂移導(dǎo)致的測(cè)量誤差，是進(jìn)一步提升儀器性能的重要環(huán)節(jié)。
[0003]然而，光譜儀均沒有自動(dòng)校準(zhǔn)波長的功能，且光譜儀廠商提供的波長校準(zhǔn)方法是通過汞燈或其他特征光源對(duì)光譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)，這些方法均較為繁瑣，需要將光譜儀拆出，但一旦拆出分析儀就停止工作，這對(duì)于連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器是不允許的。另外，拆出光譜儀就涉及到重裝光譜儀，對(duì)于連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器，一旦涉及到零件的重裝，就有可能導(dǎo)致原先的系統(tǒng)校準(zhǔn)不再適用于重裝后的系統(tǒng)，這對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)人員是一個(gè)很大的工作量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種在線實(shí)時(shí)校準(zhǔn)光譜儀的方法，可大幅降低由于光譜儀波長漂移所導(dǎo)致的儀器不穩(wěn)定，在同樣的波長漂移情況下，實(shí)時(shí)校準(zhǔn)光譜儀后的測(cè)量值偏移大幅降低，大大提升了儀器的測(cè)量精度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明用光譜儀測(cè)量通過被測(cè)氣體的測(cè)量光，根據(jù)光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)，首先得到光譜儀漂移量，然后對(duì)被測(cè)氣體的吸收特征數(shù)據(jù)庫做相同漂移，最終用漂移后的吸收特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。
[0007]本發(fā)明一種光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其流程圖如圖4所示，方法步驟如下:
[0008]步驟一:光譜數(shù)據(jù)去噪
[0009]通入被測(cè)氣體，光譜儀開始測(cè)量，取10次光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到平均后的測(cè)量光光譜數(shù)據(jù)I1 ;在通氮?dú)馇闆r下，再取10次光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到無吸收時(shí)的參考光光譜數(shù)據(jù)Itl;
[0010]步驟二:提取被測(cè)氣體的吸光度
[0011]根據(jù)Iambert定律，針對(duì)被測(cè)氣體，從I1中提取對(duì)應(yīng)有吸收的波長段X1- λ 2的被測(cè)氣體測(cè)量光數(shù)據(jù)I11,從Itl中提取對(duì)應(yīng)波長段λ i?λ 2被測(cè)氣體參考光數(shù)據(jù)Itll，按照公式(一)計(jì)算被測(cè)氣體的吸光度X，其中λ i < λ 2 ；
[0012]X = -10*lg(In/101)(一)
[0013]X是一個(gè)由'

【權(quán)利要求】
1.一種光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一:光譜數(shù)據(jù)去噪 通入被測(cè)氣體，光譜儀開始測(cè)量，取光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)平均值，計(jì)為測(cè)量光光譜數(shù)據(jù)I1;在通氮?dú)馇闆r下，再取光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)平均值，計(jì)為無吸收時(shí)的參考光光譜數(shù)據(jù)Itl; 步驟二:提取被測(cè)氣體的吸光度 根據(jù)Iambert定律，針對(duì)被測(cè)氣體，從I1中提取對(duì)應(yīng)有吸收的波長段\ \ 2的被測(cè)氣體測(cè)量光數(shù)據(jù)組I11,從Itl中提取對(duì)應(yīng)波長段X1~λ 2被測(cè)氣體參考光數(shù)據(jù)組Icil，按照公式(一)計(jì)算被測(cè)氣體的吸光度X，其中λ i < λ 2 ； X =-10*lg(In/101)( —)
X111 — -j— I 么目.白勺-—.么目..0,1 " ^ 步驟三:波長平移量△ Λ對(duì)應(yīng)的被測(cè)氣體吸收截面Λ,和相應(yīng)數(shù)據(jù)長度的被測(cè)氣體吸光度xV的計(jì)算方法 被測(cè)氣體吸收截面數(shù)據(jù)為全波段(190nm~400nm)的，每隔0.1nm—個(gè)數(shù)據(jù)，截取其中波長X1到AJX1 < λ2)的數(shù)據(jù)，一共1個(gè)點(diǎn)，通過樣條插值的方法得到每隔O,]0.01nm —個(gè)數(shù)據(jù)，得到共^^+1個(gè)點(diǎn)，假設(shè)所得到的+ 1個(gè)點(diǎn)所組成的一維數(shù)組為δ ； 假設(shè): 定義數(shù)組夏=[1 + 1 U+1...1izi+i + ^].0,01 0,01 0.01 0,0! 定義一個(gè)數(shù)組N1和一個(gè)數(shù)字Ii1:
如果 Λ λ < 0，JVj = [I + B1 2 + Wj ….......、.....1..1 +1]，其中 Ii1 = ceil (abs ( Δ λ/0.I))； 如果 Λλ =o，iV,=[l 2 …i^i+1];

如果 Λλ >0，JV1=P 2 …其中 II1 = ceil (abs (Δλ/0.1))； 根據(jù)數(shù)組N1計(jì)算得到波長平移量△ λ對(duì)應(yīng)的被測(cè)氣體吸收截面和被測(cè)氣體吸光度
Ja1 =(%N(N'y)
=X(N1) 其中，δ (N(N1))和X(N1)按照以下運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行計(jì)算: 假設(shè)有兩個(gè)數(shù)組A和B，A和B分別有ηΑ和ηΒ個(gè)元素，且ηΒ≤ηΑ，當(dāng)j > i時(shí)，A (j) >A (i)且B (j) > B (i)，定義一種運(yùn)算如下:A(B) = [A(B(1))A(B(2))…A(B(nB))] 計(jì)算所得A(B)為一個(gè)一維數(shù)組； 步驟四:計(jì)算光譜儀波長漂移量《 根據(jù)光譜儀最小分辨率確定波長平移量范圍Λλ?~Λλ2(Λλ1〈Λλ 2)，再按照步驟三計(jì)算得到和^的范圍值，之后按照公式(二 )計(jì)算_^和\的相關(guān)系數(shù)盡.，得到Ru1~R^2 ;式二中，y = J\,尤=氣’ !為X的平均值，F(xiàn)為Y的平均值，Yi為數(shù)組Y的第i個(gè)元素，Xi為數(shù)組X的第i個(gè)元素，η為數(shù)組X和Y的元素個(gè)數(shù)；
比較得到相關(guān)系數(shù)Ru1~Ru2的最大值R%判斷R*是否大于相關(guān)系數(shù)閾值Rw ； 如果R* > Rw,則R*對(duì)應(yīng)的波長平移量Λ λ為光譜儀的波長漂移量1如果0.3 < R* < Rw，增大波長平移量范圍，Δ λ I減小0.1nm, Λ λ 2增大0.lnm，重復(fù)步驟四； 如果R* < 0.3，光譜儀漂移量過大或?qū)嶋H氣體中不包含被測(cè)氣體，報(bào)錯(cuò)； 步驟五:采用光譜儀波長漂移量Δ〗所對(duì)應(yīng)的被測(cè)氣體吸收截面和相應(yīng)的被測(cè)氣體吸光度xA計(jì)算被測(cè)氣體濃度C 根據(jù)步驟四確定的光譜儀波長漂移量Al.確定所對(duì)應(yīng)的被測(cè)氣體吸收截面和相應(yīng)的被測(cè)氣體吸光度':；: 假設(shè)被測(cè)氣體濃度為C，且、和^均為列矩陣，采用最小二乘法(即公式三)計(jì)算被測(cè)氣體濃度，其中Λ:<和.匕:分別是^^和>’(的轉(zhuǎn)置矩陣，即為補(bǔ)償后被測(cè)氣體濃度:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征在于:步驟一中，通入被測(cè)氣體，I1為取10次光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到測(cè)量光光譜數(shù)據(jù)；在通氮?dú)馇闆r下，10為取10次光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到無吸收時(shí)的參考光光譜數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征在于:步驟四中，波長平移量范圍根據(jù)光譜儀最小分辨率的4倍設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述光譜儀波長漂移引起的測(cè)量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征在于:步驟四中，所述RwS事先設(shè)定好的，所測(cè)氣體濃度大于10ppm時(shí)，Rw= 0.9 ;所測(cè)氣體濃度大于50ppm時(shí)，Rw = 0.8 ;所測(cè)氣體濃度小于50ppm時(shí)，Rw= 0.6。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK104198416SQ201410470294
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】湯光華, 韓少鵬, 武善磊, 林正根, 苗豐, 楊劍, 孔紅兵, 彭樟, 李利, 劉璐 申請(qǐng)人:南京國電環(huán)保科技有限公司