【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光光谱分析检测的，具体是一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统与方法。
技术介绍
1、烷烃类气体主要来源是石油和天然气，是重要的化工原料和能源物质，由于它们均无色且易燃易爆，因此在石油勘探和运输中对烷烃类气体的挥发和泄漏进行检测是十分有必要的防爆手段。
2、现阶段烷烃气体检测方法主要有化学传感器、气相色谱技术、激光吸收光谱技术等。
3、传统的化学传感器受特定的检测元件的限制，由于外界环境温度和湿度的影响，导致检测精度往往不高。
4、气相色谱技术的测量设备庞大且操作较为繁琐，分析耗时较长，具有明显的滞后性，难以实现实时原位在线测量。
5、激光吸收光谱技术利用二极管激光器，在目标气体的特征吸收波段进行波长扫描，以吸收前后的光强变化来表征气体浓度。激光吸收光谱技术通常需要选择目标气体相对独立的吸收谱线，以尽可能大的排除其他气体的干扰，保证测量结果的准确度。但是类似c3h8、c4h10等烷烃类有机化合物分子，结构较为复杂，分子官能团转动和化学键振动形成的红外吸收光谱大概率会相互叠加，从而导致分子的特征吸收光谱加宽，在一定的范围内出现连续的宽谱吸收特征，直接影响测量结果。特别是基于激光直接吸收光谱技术检测高浓度的烷烃气体时，无法通过常用的基线拟合方式获得实时的背景光谱基线数据，因此转而采用如专利cn202311028017.3中通过氮气获得背景光谱基线的方式。但是采用氮气获得背景光谱基线的方式具有一定的局限性，首先对于使用密闭型光学池时，光路传输的稳定性会影响背景光谱的基线，需要
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统与方法。本专利技术的方法能够有效的提高光谱基线重建的准确性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，所述重建系统包括发射参考激光的参考光谱激光器和发射待测激光的待测光谱激光器；所述参考光谱激光器和所述待测光谱激光器并行布置，且两者的出射端均与同一个拥有两条可选光路的光开关的入射口相连接；光开关的出射口连接有分束器，分束器的一个出射口与光电探测器连接，另一个出射口与光学池的入射口连接，且光学池的出射口连接有光电探测器，且两个光电探测器均与收集数据的信号处理模块彼此连接。
4、方法，该方法使用上述的重建系统，包括以下重建步骤：
5、a1、使参考光谱激光器产生的参考激光和待测光谱激光器产生的待测激光分别通过分束器；在分束器中，按照相同的分光比分别将参考激光分为次参考光束和主参考光束，以及将待测激光分为次待测光束和主待测光束；接着使次参考光束和次待测光束射入光电探测器中，通过光电探测器检测出对应光束的扫描信号；同时使主参考光束和主待测光束分别射入处于设定压力、设定温度和设定烷烃气体环境下的光学池中，然后通过光电探测器检测射出光学池的光束的扫描信号；
6、a2、按照设定的步长持续调整光学池中的设定压力和设定温度，通过光电探测器检测对应的次参考光束的扫描信号sr、次待测光束的扫描信号cr、主参考光束的扫描信号st和主待测光束的扫描信号ct，并存储在背景光谱信号库中；
7、a3、基于背景光谱信号库中存储的数据，建立求解主待测光束的扫描信号ct的多元线性回归模型；
8、a4、通过多元线性回归模型求解出的主待测光束的扫描信号ct即为待测激光的光谱基线。
9、作为本专利技术再进一步的方案：多元线性回归模型包括第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型，求解过程如下：
10、a31、将检测时间等分为多个时间跨度，接着将各个时间跨度均等分为多个时间段；
11、a32、获取当前时间段内对应光束的扫描信号，以当前时间段内当前光束的扫描信号的峰峰值作为当前时间段内当前光束的光强；用当前时间段内次参考光束的扫描信号sr、次待测光束的扫描信号cr、主参考光束的扫描信号st和主待测光束的扫描信号ct分别与对应的光强相比，以获得当前时间段内对应的次参考光束的归一化扫描信号sr/psr、主参考光束的归一化扫描信号st/pst、次待测光束的归一化扫描信号cr/pcr和主待测光束的归一化扫描信号ct/pct；其中，psr表示当前时间段内次参考光束的光强，pst表示当前时间段内主参考光束的光强，pcr表示当前时间段内次待测光束的光强，pct表示当前时间段内主待测光束的光强；
12、a33、按照步骤a32中的内容，基于时间顺序依次获取各个时间段内对应的次参考光束的归一化扫描信号sr/psr、主参考光束的归一化扫描信号st/pst、次待测光束的归一化扫描信号cr/pcr和主待测光束的归一化扫描信号ct/pct，并存储在背景光谱信号库中；
13、a34、以主待测光束的归一化扫描信号ct/pct为因变量，次参考光束的归一化扫描信号sr/psr、主参考光束的归一化扫描信号st/pst和次待测光束的归一化扫描信号cr/pcr为自变量，结合背景光谱信号库中的数据，训练得到第一多元线性回归模型；
14、a35、求解当前时间跨度内各个光束光强的光强均值，并用当前时间跨度内当前光束的各个光强与对应的光强均值相比，以获得当前时间跨度内对应的次参考光束的光强归一值psr/mean(psr)、主参考光束的光强归一值pst/mean(pst)、次待测光束的光强归一值pcr/mean(pcr）和主待测光束的光强归一值pct/mean(pct)；其中，mean(psr)表示当前时间跨度内次参考光束的光强均值，mean(pst)表示当前时间段内主参考光束的光强均值，mean(pcr)表示当前时间段内次待测光束的光强均值，mean(pct)表示当前时间段内主待测光束的光强均值；
15、a35、按照步骤a34中的内容，基于时间顺序依次获取各个时间跨度内对应的次参考光束的光强归一值psr/mean(psr)、主参考光束的光强归一值pst/mean(pst)、次待测光束的光强归一值pcr/mean(pcr)和主待测光束的光强归一值pct/mean(pct)，并存储在背景光谱信号库中；
16、a36、以主参考光束的光强归一值pst/mean(pst)和次参考光束的光强归一值psr/mean(psr)之间的差值作为自变量，主待测光束的光强归一值pct/mean(pct)和次待测光束的光强归一值pcr/mean(pcr)之间的差值作为因变量，结合背景光谱信号库中的数据，训练得到第二多元线性回归模型。
17、作为本专利技术再进一步的方案：在构建第一多元线性回归模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，其特征在于，所述重建系统包括发射参考激光的参考光谱激光器和发射待测激光的待测光谱激光器；所述参考光谱激光器和所述待测光谱激光器并行布置，且两者的出射端均与同一个拥有两条可选光路的光开关的入射口相连接；光开关的出射口连接有分束器，分束器的一个出射口与光电探测器连接，另一个出射口与光学池的入射口连接，且光学池的出射口连接有光电探测器，且两个光电探测器均与收集数据的信号处理模块彼此连接。
2.光谱基线的重建方法，该光谱基线的重建方法使用如权利要求1所述的一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，其特征在于，包括以下重建步骤：
3.根据权利要求2所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，多元线性回归模型包括第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型，求解过程如下：
4.根据权利要求3所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，在构建第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型的过程中，分为训练阶段和验证阶段；
5.根据权利要求4 所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，步骤A4的具体步骤如下：
6.根据权利要
7.根据权利要求6所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，分束器的分光比为1:99，即次参考光束与主参考光束的比值为1:99，次待测光束与主待测光束的比值也为1:99。
8.根据权利要求7所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，所述光学池处安装有用于调整光学池内温度的温度控制器，以及调整光学池内压力的压力控制器；光学池内的温度范围为[-20℃,50℃]，压力范围为[10mbar,1200mbar]。
9.根据权利要求8所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，在调整设定压力和设定温度时，温度的调整步长为1℃，压力的调整步长为10mbar。
10.根据权利要求9所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，参考光谱激光器发出的激光的波段不在光学池中的烷烃气体宽谱吸收的波段内。
...【技术特征摘要】
1.一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，其特征在于，所述重建系统包括发射参考激光的参考光谱激光器和发射待测激光的待测光谱激光器；所述参考光谱激光器和所述待测光谱激光器并行布置，且两者的出射端均与同一个拥有两条可选光路的光开关的入射口相连接；光开关的出射口连接有分束器，分束器的一个出射口与光电探测器连接，另一个出射口与光学池的入射口连接，且光学池的出射口连接有光电探测器，且两个光电探测器均与收集数据的信号处理模块彼此连接。
2.光谱基线的重建方法，该光谱基线的重建方法使用如权利要求1所述的一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，其特征在于，包括以下重建步骤：
3.根据权利要求2所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，多元线性回归模型包括第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型，求解过程如下：
4.根据权利要求3所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，在构建第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型的过程中，分为训练阶段和验证阶段；
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏滑，彭云涛，张志荣，孙鹏帅，庞涛，吴边，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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