气体分析方法技术

本申请公开了一种气体分析方法，方法包括：S1、构建补偿信号幅值比例因子和干扰信号幅值比例因子之间的函数关系；S2、对第一标准气体进行检测，获得第一标准波形谱图；S3、对第二标准气体进行检测获得第二标准波形谱图，获得信号峰峰值；S4、将待测气体测量波形谱图进行对齐；S5、构建对齐后的待测气体测量波形谱图与第二标准波形谱图之间的函数关系，计算目标气体测量回归系数；S6、根据对齐后的待测气体测量波形谱图获得补偿信号幅值比例因子并推算干扰信号幅值比例因子，根据干扰信号幅值比例因子、信号峰峰值以及目标气体测量回归系数计算待测气体中目标气体浓度。利用本申请提供的方法可以排除背景气体的干扰，提高检测精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
气体分析方法


[0001]本申请涉及气体检测
，尤其涉及一种气体分析方法。

技术介绍

[0002]基于激光吸收光谱技术可以实现NH3、CO2、CO、CH4、H2O、NO、H2S等气体组分测量，通常采用垂直腔面发射激光器或分布式反馈激光器作为可调谐激光光源，将频率发生电路产生的三角波信号和正弦波信号共同叠加在激光器驱动电流上，对半导体激光器输出波长进行扫描和调制。在接收端将调制的激光进行光电转换，并将输出电信号通过锁相放大器的同步检波得到二次谐波信号，通过二次谐波峰高等信息计算被测气体浓度值。
[0003]激光吸收光谱技术扫描范围非常小，远小于红外光谱法、紫外光谱法，因此，激光光谱通常未扫描到背景气体，测量不受背景气体干扰。但是在一些背景复杂、特殊工况下，被测气体吸收谱线与背景气体吸收谱线重合或部分重合，导致测量受到背景气体变化的干扰。
[0004]基于以上问题，有必要提出一种技术方案以排除背景气体对气体分析的干扰，提高气体测量的准确性。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种技术方案以排除背景气体对气体分析的干扰，提高气体测量的准确性。
[0006]基于以上目的，本申请提供一种气体分析方法，方法包括以下步骤：S1、对含有不同浓度的背景气体的标准气体进行检测，构建补偿信号幅值比例因子和干扰信号幅值比例因子之间的函数关系；S2、通入第一标准气体，第一标准气体仅含定量浓度的目标气体，对第一标准气体进行检测，获得第一标准波形谱图；S3、通入第二标准气体，第二标准气体包含定量浓度的目标气体和背景气体，对第二标准气体进行检测获得第二标准波形谱图，获得信号峰峰值；S4、通入待测气体，待测气体包含目标气体，对待测气体进行检测，获得待测气体测量波形谱图，并将待测气体测量波形谱图的波形最高点位置与第一标准波形谱图对齐，形成对齐后的待测气体测量波形谱图；S5、构建对齐后的待测气体测量波形谱图与第二标准波形谱图的吸收特征之间的函数关系，第二标准波形谱图的吸收特征的系数为目标气体测量回归系数，基于最小二乘法计算目标气体测量回归系数；S6、根据对齐后的待测气体测量波形谱图获得补偿信号幅值比例因子，并根据补偿信号幅值比例因子获得干扰信号幅值比例因子，根据干扰信号幅值比例因子、信号峰峰值以及目标气体测量回归系数计算待测气体中目标气体浓度。
[0007]进一步的，步骤S1中包括：
S101、分别对L份仅含不同浓度背景气体的第三标准气体进行检测，获得L幅波形谱图，每幅波形谱图均包括表征背景气体补偿信号的第一部分以及表征背景气体干扰信号的第二部分；S102、选择其中一个背景气体浓度所对应的波形谱图作为第三标准波形谱图，将剩余的L
‑
1幅波形谱图作为背景气体测量谱，利用第三标准波形谱图第一部分表示任一背景气体测量谱的第一部分，并利用第三标准波形谱图的第二部分表示背景气体测量谱的第二部分；S103、背景气体测量谱的第一部分作为背景气体补偿信号测量谱，背景气体测量谱的第二部分作为背景气体干扰信号测量谱，根据背景气体补偿信号测量谱和背景气体干扰信号测量谱，基于最小二乘法计算任一背景气体测量谱的补偿信号幅值比例因子和干扰信号幅值比例因子；S104、对S103得到的多组补偿信号幅值比例因子和干扰信号幅值比例因子进行多项式拟合，获得补偿信号幅值比例因子和干扰信号幅值比例因子之间的函数关系。
[0008]进一步的，步骤S102中，背景气体补偿信号测量谱表示为：，背景气体干扰信号测量谱，式中，i表示采样点数，i =1, 2,
ꢀ…
, n，j表示采样点数，j =1, 2,
ꢀ…
, N，X
i
和X
j
分别表示第三标准波形谱图中第i和第j个采样点所对应的吸收特征，Y
i
'表示背景气体补偿信号测量谱的吸收特征，Z
j
表示背景气体干扰信号测量谱的吸收特征；c和e表示基线纵向偏移；回归系数d表示补偿信号幅值比例因子，回归系数f表示干扰信号幅值比例因子。
[0009]进一步的，补偿信号幅值比例因子表示为：干扰信号幅值比例因子表示为：式中，X
i
和X
j
分别表示第三标准波形谱图中第i和第j个采样点所对应的吸收特征，Y
i
'表示背景气体补偿信号测量谱的吸收特征，Z
j
表示背景气体干扰信号测量谱的吸收特征，i和j表示采样点数，i =1, 2,
ꢀ…
, n，j =1, 2,
ꢀ…
, N。
[0010]进一步的，采用四阶多项式拟合，获得背景气体补偿信号值与背景气体干扰信号值之间的函数关系，函数关系表示如下：式中，a'，b'，c'，d'，e'代表各项拟合系数，d表示补偿信号幅值比例因子，f表示干扰信号幅值比例因子。
[0011]进一步的，步骤S4中，将待测气体测量波形谱图的波形最高点位置与第一标准波形谱图对齐包括如下步骤；S401、分别确定第一标准波形谱图的采样范围起止点和待测气体波形谱图的采样范围起止点，待测气体波形谱图的采样范围起止点间距大于第一标准波形谱图的采样范围起止点间距；S402、在待测气体测量波形谱图采样范围起止点之间，待测气体测量波形谱图中的采样点开始平移逐一与第一标准波形谱图做线性相关，然后比较求取最大线性相关系数；S403、根据最大线性相关系数，计算待测气体测量波形谱图的波形最高点位置和偏移量，从而将待测气体测量波形谱图的波形最高点位置与第一标准波形谱图对齐，形成对齐后的待测气体测量波形谱图。
[0012]进一步的，最大线性相关系数表示为：式中，r(X，Y)表示最大线性相关系数，X
i
表示第一标准波形谱图中第i个采样点所对应的吸收特征值，Y
i
表示待测气体测量波形谱图中第i个采样点所对应的吸收特征值，N表示第一标准波形谱图起止点范围内采样点总数。
[0013]进一步的，波形最高点位置表示为：式中，表示线性相关最大时待测气体测量波形谱图的终点，表示线性相关最大时待测气体测量波形谱图的起点。
[0014]进一步的，步骤S5中，对齐后的待测气体测量波形谱图与第二标准波形谱图的吸收特征之间的函数关系表示为：，式中，k表示采样点数，k =1, 2,
ꢀ…
, m，a表示基线纵向偏移，b表示目标气体测量回归系数，X
k
表示第二标准波形谱图中第k个采样点所对应的吸收特征；Y
k
表示对齐后的待测气体测量波形谱图中第k个采样点所对应的吸收特征；
目标气体测量回归系数表示如下：式中，k表示采样点数，m表示采样点总数，X
k
表示第三标准波形谱图中第k个采样点所对应的吸收特征。
[0015]进一步的，待测气体中的目标气体浓度表示为：式中，C为目标气体浓度；b为目标气体测量回归系数；V
pp
为第二标准波形谱图的信号峰峰值；V
pp<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、对含有不同浓度的背景气体的标准气体进行检测，构建补偿信号幅值比例因子和干扰信号幅值比例因子之间的函数关系；S2、通入第一标准气体，所述第一标准气体仅含定量浓度的目标气体，对所述第一标准气体进行检测，获得第一标准波形谱图；S3、通入第二标准气体，所述第二标准气体包含定量浓度的目标气体和背景气体，对所述第二标准气体进行检测获得第二标准波形谱图，获得信号峰峰值；S4、通入待测气体，所述待测气体包含所述目标气体，对所述待测气体进行检测，获得待测气体测量波形谱图，并将所述待测气体测量波形谱图的波形最高点位置与所述第一标准波形谱图对齐，形成对齐后的待测气体波形谱图；S5、构建所述对齐后的待测气体测量波形谱图与所述第二标准波形谱图的吸收特征之间的函数关系，所述第二标准波形谱图的吸收特征的系数为目标气体测量回归系数，基于最小二乘法计算所述目标气体测量回归系数；S6、根据所述对齐后的待测气体测量波形谱图获得补偿信号幅值比例因子，并根据所述补偿信号幅值比例因子获得所述干扰信号幅值比例因子，根据所述干扰信号幅值比例因子、所述信号峰峰值以及所述目标气体测量回归系数计算所述待测气体中目标气体浓度。2.根据权利要求1所述的气体分析方法，其特征在于，所述步骤S1中包括：S101、分别对L份仅含不同浓度背景气体的第三标准气体进行检测，获得L幅波形谱图，每幅波形谱图均包括表征背景气体补偿信号的第一部分以及表征背景气体干扰信号的第二部分；S102、选择其中一个背景气体浓度所对应的波形谱图作为第三标准波形谱图，将剩余的L
‑
1幅波形谱图作为背景气体测量谱，利用第三标准波形谱图第一部分表示任一背景气体测量谱的第一部分，并利用第三标准波形谱图的第二部分表示背景气体测量谱的第二部分；S103、所述背景气体测量谱的第一部分作为背景气体补偿信号测量谱，所述背景气体测量谱的第二部分作为背景气体干扰信号测量谱，根据所述背景气体补偿信号测量谱和所述背景气体干扰信号测量谱，基于最小二乘法计算任一背景气体测量谱的所述补偿信号幅值比例因子和所述干扰信号幅值比例因子；S104、对S103得到的多组所述补偿信号幅值比例因子和所述干扰信号幅值比例因子进行多项式拟合，获得所述补偿信号幅值比例因子和所述干扰信号幅值比例因子之间的函数关系。3.根据权利要求2所述的气体分析方法，其特征在于，所述步骤S102中，所述背景气体补偿信号测量谱表示为：，所述背景气体干扰信号测量谱，
式中，i表示采样点数，i =1, 2,

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立富，吴强，陈东，陈建龙，付丽丽，张晶晶，汪鲁见，冯雨轩，于志伟，唐怀武，
申请(专利权)人：杭州泽天春来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：