气体浓度检测方法及装置制造方法及图纸

本公开提供了一种气体浓度检测方法及装置，该方法包括：利用光谱仪分别采集背景光谱数据和多个标准气体的校准光谱数据；基于背景光谱数据和校准光谱数据，确定标准气体的校准吸光度向量；基于多个标准气体的多个校准吸光度向量，构建多个光谱系数矩阵；对于每个光谱系数矩阵，利用光谱系数矩阵处理与光谱系数矩阵关联的标准气体的校准吸光度向量，得到校准光谱浓度值；基于校准光谱浓度值和标准气体中的气体物质的标准浓度，计算得到标准气体的修正系数；以及对于包含目标气体物质的混合气体，利用与目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵和目标修正系数来处理混合气体的测量光谱数据，得到混合气体中目标气体物质的浓度。得到混合气体中目标气体物质的浓度。得到混合气体中目标气体物质的浓度。

【技术实现步骤摘要】
气体浓度检测方法及装置


[0001]本公开涉及光谱
，更具体地，涉及一种气体浓度检测方法及装置。

技术介绍

[0002]在工业产业快速发展的同时，工业产业的副产品，如工业废气、垃圾焚烧气体、机动车尾气等气体污染物造成的环境污染也越发严重。
[0003]在各类气体检测技术中，光学分析方法由于其响应速度快、成本低等优点，被越来越多地应用于气体污染物的实时监测中。但由于气体污染物的气体组分复杂，相关技术中的检测方法无法快速检测多个气体组分的浓度。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开提供了一种气体浓度检测方法及装置。
[0005]本公开的一个方面提供了一种气体浓度检测方法，包括：利用光谱仪分别采集背景光谱数据和多个标准气体的校准光谱数据，其中，每个上述标准气体包含一个浓度下的一个气体物质；基于上述背景光谱数据和上述校准光谱数据，确定上述标准气体的校准吸光度向量；基于多个上述标准气体的多个上述校准吸光度向量，构建多个光谱系数矩阵；对于每个上述光谱系数矩阵，利用上述光谱系数矩阵处理与上述光谱系数矩阵关联的标准气体的校准吸光度向量，得到校准光谱浓度值；基于上述校准光谱浓度值和上述标准气体中的气体物质的标准浓度，计算得到上述标准气体的修正系数；以及对于包含目标气体物质的混合气体，利用与上述目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵和目标修正系数来处理上述混合气体的测量光谱数据，得到上述混合气体中上述目标气体物质的浓度。
[0006]根据本公开的实施例，上述对于包含目标气体物质的混合气体，利用与上述目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵和目标修正系数来处理上述混合气体的测量光谱数据，得到上述混合气体中上述目标气体物质的浓度，包括：利用上述光谱仪检测上述混合气体，得到上述测量光谱数据；基于上述背景光谱数据和上述测量光谱数据，确定吸光度向量；对于上述混合气体中的每个上述目标气体物质，从与上述目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵中提取得到目标光谱系数向量；利用上述目标光谱系数向量处理上述吸光度向量，得到光谱浓度值；以及利用上述目标修正系数处理上述光谱浓度值，得到上述目标气体物质的浓度。
[0007]根据本公开的实施例，上述方法还包括：采集包含校验气体的校验光谱数据，其中，上述校验气体包含上述目标气体物质；从多个上述标准气体中确定包含上述目标气体物质的多个目标标准气体；对于每个上述目标标准气体，利用与上述目标标准气体对应的光谱系数矩阵和修正系数处理上述校验光谱数据，得到预测浓度；基于上述预测浓度和上述校验气体的校验标准浓度，确定校验结果；以及基于与多个上述目标标准气体关联的多个上述校验结果，确定上述目标光谱系数矩阵和上述目标修正系数。
[0008]根据本公开的实施例，上述基于上述背景光谱数据和上述校准光谱数据，确定上
述标准气体的校准吸光度向量，包括：基于预设波数区间，分别从上述背景光谱数据和上述校准光谱数据中截取得到目标背景光谱数据和目标校准光谱数据；以及在上述目标校准光谱数据中扣除上述目标背景光谱数据，得到上述校准吸光度向量。
[0009]根据本公开的实施例，上述在上述目标校准光谱数据中扣除上述目标背景光谱数据，得到上述校准吸光度向量包括利用公式(1)来得到：
[0010][0011]在式(1)中，A
s
表示上述校准吸光度向量；I0表示上述目标背景光谱数据；I表示上述目标校准光谱数据。
[0012]根据本公开的实施例，上述基于多个上述标准气体的多个上述校准吸光度向量，构建多个光谱系数矩阵，包括：对于每个上述标准气体，获取检测环境参数，其中，上述检测环境参数表征利用上述光谱仪采集上述标准气体的校准光谱数据时的环境参数，上述环境参数包括温度、压强和光程；基于上述校准吸光度向量和上述检测环境参数，确定上述标准气体的校准光谱向量；基于多个上述标准气体的多个校准光谱向量，构建多个上述校准光谱矩阵；以及利用最小二乘法处理上述校准光谱矩阵，得到上述光谱系数矩阵。
[0013]根据本公开的实施例，上述基于上述校准吸光度向量和上述检测环境参数，确定上述标准气体的校准光谱向量包括利用公式(2)来得到：
[0014][0015]在式(2)中，T表示温度；L表示光程；P
r
表示压强；C
R
表示上述标准气体中包含的气体物质的浓度。
[0016]根据本公开的实施例，上述基于多个上述标准气体的多个校准光谱向量，构建多个上述校准光谱矩阵，包括利用公式(3)来得到：
[0017]D＝[γ
1 γ
2 ...γ
M I v]ꢀꢀ
(3)
[0018]在式(3)中，γ
M
表示第M个标准气体的上述校准光谱向量；D表示与第1个标准气体关联的上述校准光谱矩阵；I表示一个所有元素均为1的列向量；v表示由上述校准光谱矩阵中的所有波数采样点构成的列向量。
[0019]根据本公开的实施例，上述利用最小二乘法处理上述校准光谱矩阵，得到上述光谱系数矩阵，包括利用公式(4)来得到：
[0020]P＝(D
t
D)
‑1D
t
ꢀꢀ
(4)
[0021]在式(4)中，P表示上述光谱系数矩阵。
[0022]根据本公开的实施例，上述利用上述光谱系数矩阵处理与上述光谱系数矩阵关联的标准气体的校准吸光度向量，得到校准光谱浓度值，包括：基于上述光谱系数矩阵、上述校准吸光度向量和上述检测环境参数，计算得到上述校准光谱浓度值，如公式(5)所示：
[0023][0024]在式(5)中，C
i
表示上述校准光谱浓度值；P表示上述光谱系数矩阵。
[0025]根据本公开的实施例，上述基于上述校准光谱浓度值和上述标准气体中的气体物
质的标准浓度，计算得到上述标准气体的修正系数，包括：利用多项式修正方法处理上述校准光谱浓度值和上述标准气体中的气体物质的标准浓度，得到上述标准气体的修正系数，如公式(6)所示：
[0026]C
0i
＝a0+a1C
i
+a2C
i2
+
…
+a
n
C
in
ꢀꢀ
(6)
[0027]在式(6)中，C
0i
表示上述标准气体中的气体物质的标准浓度；a0，a1，...，a
n
表示上述修正系数。
[0028]本公开的另一个方面提供了一种气体浓度检测装置，包括：第一采集模块，用于利用光谱仪分别采集背景光谱数据和多个标准气体的校准光谱数据，其中，每个上述标准气体包含一个浓度下的一个气体物质；第一确定模块，用于基于上述背景光谱数据和上述校准光谱数据，确定上述标准气体的校准吸光度向量；构建模块，用于基于多个上述标准气体的多个上述校准吸光度向量，构建多个光谱系数矩阵；第一处理模块，用于对于每个上述光谱系数矩阵，利用上述光谱系数矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体浓度检测方法，包括：利用光谱仪分别采集背景光谱数据和多个标准气体的校准光谱数据，其中，每个所述标准气体包含一个浓度下的一个气体物质；基于所述背景光谱数据和所述校准光谱数据，确定所述标准气体的校准吸光度向量；基于多个所述标准气体的多个所述校准吸光度向量，构建多个光谱系数矩阵；对于每个所述光谱系数矩阵，利用所述光谱系数矩阵处理与所述光谱系数矩阵关联的标准气体的校准吸光度向量，得到校准光谱浓度值；基于所述校准光谱浓度值和所述标准气体中的气体物质的标准浓度，计算得到所述标准气体的修正系数；以及对于包含目标气体物质的混合气体，利用与所述目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵和目标修正系数来处理所述混合气体的测量光谱数据，得到所述混合气体中所述目标气体物质的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对于包含目标气体物质的混合气体，利用与所述目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵和目标修正系数来处理所述混合气体的测量光谱数据，得到所述混合气体中所述目标气体物质的浓度，包括：利用所述光谱仪检测所述混合气体，得到所述测量光谱数据；基于所述背景光谱数据和所述测量光谱数据，确定吸光度向量；对于所述混合气体中的每个所述目标气体物质，从与所述目标气体物质关联的目标光谱系数矩阵中提取得到目标光谱系数向量；利用所述目标光谱系数向量处理所述吸光度向量，得到光谱浓度值；以及利用所述目标修正系数处理所述光谱浓度值，得到所述目标气体物质的浓度。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：采集包含校验气体的校验光谱数据，其中，所述校验气体包含所述目标气体物质；从多个所述标准气体中确定包含所述目标气体物质的多个目标标准气体；对于每个所述目标标准气体，利用与所述目标标准气体对应的光谱系数矩阵和修正系数处理所述校验光谱数据，得到预测浓度；基于所述预测浓度和所述校验气体的校验标准浓度，确定校验结果；以及基于与多个所述目标标准气体关联的多个所述校验结果，确定所述目标光谱系数矩阵和所述目标修正系数。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述背景光谱数据和所述校准光谱数据，确定所述标准气体的校准吸光度向量，包括：基于预设波数区间，分别从所述背景光谱数据和所述校准光谱数据中截取得到目标背景光谱数据和目标校准光谱数据；以及在所述目标校准光谱数据中扣除所述目标背景光谱数据，得到所述校准吸光度向量。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述在所述目标校准光谱数据中扣除所述目标背景光谱数据，得到所述校准吸光度向量包括利用公式(1)来得到：在式(1)中，A
s
表示所述校准吸光度向量；I0表示所述目标背景光谱数据；I表示所述目
标校准光谱数据。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于多个所述标准气体的多个所述校准吸光度向量，构建多个光谱系数矩阵，包括：对于每个所述标准气体，获取检测环境参数，其中，所述检测环境参数表征利用所述光谱仪采集所述标准气体的校准光谱数据时的环境参数，所述环境参数包括温度、压强和光程；基于所述校准吸光度向量和所述检测环境参数，确定所述标准气体的校准光谱向量；基于多个所述标准气体的多个校准光谱向量，构建多个所述校准光谱矩阵；以及利用最小二乘法处理所述校准光谱矩阵，得到所述光谱系数矩阵。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述校准吸光度向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪刚，李永刚，张涛，陈文亮，关淑翠，
申请(专利权)人：天津同阳科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：