一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法和系统，所述方法包括：采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为参考背景光谱；定时采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为待校正背景光谱；截取包括待测气体吸收波段的像素点区间作为波长窗，对波长窗进行内插，得到内插后待校正背景光谱；计算内插后待校正背景光谱与参考背景光谱之间的波长偏移量；根据波长偏移量平移待校正背景光谱，校正氘灯气体分析仪波长漂移。所述系统包括氘灯、滤光片、测量池、光谱仪、存储模块、定时模块、计算模块和校正模块。本发明专利技术通过将滤光衰减后氘灯的待校正背景光谱依次进行粗漂移量和精漂移量计算，从而解决气体分析仪在自动校零阶段不能准确计算波长漂移的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种气体分析仪，具体涉及一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法和系统，属于环境检测


技术介绍

[0002]光谱仪是一种检测谱线对应波长位置和强度的装置，广泛应用于气体分析仪在线监测气体浓度。目前很多气体分析仪采用差分吸收光谱算法(DOAS)，DOAS技术的基本原理是利用待测气体的吸收截面来鉴别气体，并根据吸收强度反演出气体的浓度，在反演过程中，要求所测量的气体吸收光谱和标准气体吸收光谱的波长位置要严格匹配。但随着气体分析仪的长时间运行，温度的变化和光学元件、机械结构的微小形变等原因，都会使气体分析仪测量的光谱出现波长漂移，从而导致待测气体差分谱和标准吸收截面的波形不能完全匹配，影响测量结果。
[0003]针对波长漂移的问题，现有气体分析仪采取的方法多是在浓度反演前增加自动校零过程，通过计算出厂时所测量的参考背景光谱与当前测得的待校正背景光谱之间的波长漂移来校正待测气体吸收光谱的波长漂移，避免计算待测气体浓度时实时进行波长漂移校正，以简化实时反演过程。然而对于氘灯气体分析仪，所述背景光谱在待测气体的吸收波段几乎是一段光滑单调曲线，无明显的波峰波谷，如图2所示，进行波形匹配时无法精准比较参考背景光谱与待校正背景光谱之间的波长漂移，对气体分析仪测量精度产生影响。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法和系统，可以对氘灯气体分析仪校零过程中背景光谱的波长漂移进行校正，提高气体分析仪测量精度。
[0005]一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，包括以下步骤：
[0006]S1，在测量池通入背景气，采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为参考背景光谱存入气体分析仪；
[0007]S2，定时在测量池通入背景气，采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为待校正背景光谱；
[0008]S3，截取待校正背景光谱中包括待测气体吸收波段的所有像素点区间，选择比上述像素点区间更宽的一段区间作为波长窗，对波长窗内待校正背景光谱的所有像素点进行内插，得到内插后待校正背景光谱；
[0009]S4，计算内插后待校正背景光谱与参考背景光谱之间的波长偏移量；
[0010]S5，根据波长偏移量平移待校正背景光谱，校正氘灯气体分析仪波长漂移。
[0011]进一步的，步骤S4中所述的波长偏移量为波长粗漂移量和波长精漂移量之和。
[0012]进一步的，利用相关系数法或最小二乘法计算内插后待校正背景光谱与参考背景光谱之间的波长粗漂移量，精度为1个内插点；利用多项式拟合法计算内插后待校正背景光
谱与参考背景光谱之间的波长精漂移量，精度为0.0001个内插点。
[0013]可选的，波长粗漂移量计算如下：
[0014]S411，从波长窗的最左端像素点开始至波长窗最右端像素点结束，对内插后待校正背景光谱每隔n个像素点依次抽取1个内插点，得到s幅新背景光谱曲线；
[0015]S421，分别计算每幅所述新背景光谱曲线与参考背景光谱之间的相关系数；
[0016]S431，比较所有相关系数，选出与参考背景光谱相关系数最大的第m个背景光谱曲线，所述波长粗偏移量即为m个内插点，1≤m≤s。
[0017]可选的，波长粗漂移量计算如下：
[0018]S412，从波长窗的最左端像素点开始至波长窗最右端像素点结束，对内插后待校正背景光谱每隔n个像素点依次抽取1个内插点，得到s幅新背景光谱曲线；
[0019]S422，分别计算每幅所述新背景光谱曲线与参考背景光谱之间的残差平方和，得到一组残差平方和数组；
[0020]S432，比较残差平方和数组所有数值，选出最小残差平方和，记录其在数组中的位置m
’
，所述波长粗偏移量即为m
’
个内插点，1≤m
’
≤s。
[0021]可选的，波长精漂移量计算如下：
[0022]S441，采用多项式拟合法，定义原点及原点左右的对称点作为X值，取背景光谱曲线与参考背景光谱之间最大相关系数及与最大相关系数左右邻近的相关系数作为Y值，对X和Y进行多项拟合；
[0023]S451，计算多项拟合曲线的极值点横坐标值作为波长精漂移量。
[0024]可选的，波长精漂移量计算如下：
[0025]S442，采用多项式拟合法，定义原点及原点左右的对称点作为X值，取最小残差平方和数值及与最小残差平方和左右邻近的残差平方和数值作为Y值，对X和Y进行多项拟合；
[0026]S452，计算多项拟合曲线的极值点横坐标值作为波长精漂移量。
[0027]进一步的，步骤S1和S2中采集经滤光衰减后的氘灯光谱是对222
‑
237nm波段的光进行衰减。
[0028]一种氘灯气体分析仪波长漂移校正系统，包括氘灯、滤光片、测量池和光谱仪，氘灯依次与滤光片、测量池和光谱仪相连，还包括存储模块、定时模块、计算模块和校正模块；背景气体通入测量池中，氘灯发出的光经滤片滤光衰减后经过测量池，被光谱仪接收并转化为数字信号输入存储模块中；定时模块用于定时采集氘灯滤光衰减后的待校正背景光谱，计算模块用于计算待校正背景光谱的波长偏移量并发送至校正模块，校正模块根据波长偏移量移动待校正背景光谱。
[0029]本专利技术所提供的方法和系统，其主要原理是通过将滤光衰减后氘灯的待校正背景光谱依次进行粗漂移量和精漂移量计算，从而可以得到待校正背景光谱的精准漂移量，精度可以达到0.0001个内插点，从而解决了气体分析仪在自动校零阶段不能准确计算待校正背景光谱下相较于参考背景光谱波长漂移的问题，提高了波长漂移的校正精度，简化在线浓度反演的过程，保证气体分析仪的可靠性。
附图说明
[0030]图1为本专利技术提供的方法流程示意图；
[0031]图2为本专利技术具体实施例中滤光前后的氘灯参考背景光谱对比图；
[0032]图3为本专利技术具体实施例中参考背景光谱与待校正背景光谱对比图；
[0033]图4为本专利技术具体实施例中参考背景光谱和校正波长漂移后的背景光谱对比图；
[0034]图5为本专利技术提供的系统示意图。
具体实施方式
[0035]为更清楚的阐述本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0036]实施例一
[0037]如图1所示，一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，包括以下步骤：
[0038]S1，在测量池通入背景气，采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为参考背景光谱存入气体分析仪；本实施例中背景气为空气，参考背景光谱大多在气体分析仪出厂时或者第一次使用时进行采集。由于背景光谱在待测气体的吸收波段几乎是一段光滑的单调曲线，无明显的波峰波谷，本实施例中，通过在氘灯和测量池之间加入滤光片以实现对222
‑
237nm波段的光进行滤光衰减，如图2所示，所述参考背景光谱在222...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在测量池通入背景气，采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为参考背景光谱存入气体分析仪；S2，定时在测量池通入背景气，采集经滤光衰减后的氘灯光谱，作为待校正背景光谱；S3，截取待校正背景光谱中包括待测气体吸收波段的所有像素点区间，选择比上述像素点区间更宽的一段区间作为波长窗，对波长窗内待校正背景光谱的所有像素点进行内插，得到内插后待校正背景光谱；S4，计算内插后待校正背景光谱与参考背景光谱之间的波长偏移量；S5，根据波长偏移量平移待校正背景光谱，校正氘灯气体分析仪波长漂移。2.根据权利要求1所述的氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，其特征在于，步骤S4中所述的波长偏移量为波长粗漂移量和波长精漂移量之和。3.根据权利要求2所述的氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，其特征在于，利用相关系数法或最小二乘法计算内插后待校正背景光谱与参考背景光谱之间的波长粗漂移量，精度为1个内插点；利用多项式拟合法计算内插后待校正背景光谱与参考背景光谱之间的波长精漂移量，精度为0.0001个内插点。4.根据权利要求3所述的氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，其特征在于，波长粗漂移量计算如下：S411，从波长窗的最左端像素点开始至波长窗最右端像素点结束，对内插后待校正背景光谱每隔n个像素点依次抽取1个内插点，得到s幅新背景光谱曲线；S421，分别计算每幅所述新背景光谱曲线与参考背景光谱之间的相关系数；S431，比较所有相关系数，选出与参考背景光谱相关系数最大的第m个背景光谱曲线，所述波长粗偏移量即为m个内插点，1≤m≤s。5.根据权利要求3所述的氘灯气体分析仪波长漂移校正方法，其特征在于，波长粗漂移量计算如下：S412，从波长窗的最左端像素点开始至波长窗最右端像素点结束，对内插后待校正背景光谱每隔n个像素点依次抽取1个内插点，得到s幅新背景光谱曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁小洁，邱云，王辉，王佳，
申请(专利权)人：安荣信科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：