【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非分散红外气体检测领域，具体涉及一种非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法。
技术介绍
1、中红外波段的吸收谱线适用于多种气体，包括常见的温室气体如二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、空气污染物如一氧化碳、氮氧化物、挥发性有机化合物、气象监测中的水汽等。并且，这些气体在中红外波段通常具有较强的吸收，吸收系数远大于可见光或近红外波段。
2、因此，中红外气体检测器通常具有高灵敏度，能够检测到非常低浓度的气体。这使得中红外气体检测器在环境监测、呼吸检测、空气质量监测、工业安全等领域具有广泛的应用价值。
3、非分散红外(ndir)作为中红外气体检测器的一种，采用宽谱光源进行气体检测，光源的光谱范围覆盖了多个气体吸收峰，具备多气体检测能力。然而，不同气体的吸收谱线可能会存在交叠。交叠部分的光会同时受到两种或多种气体的吸收，其它气体的光吸收会对目标气体浓度的识别产生交叉干扰，这将导致测量结果不准确、数据不稳定等问题。
4、现有的消除交叉干扰的方式一种是需要定制某种特定的波长的滤光片，合适的滤光片可以增加系统的光谱选择性，将交叠部分的光谱滤除以克服交叉干扰。但这种方案往往需要极窄的中红外滤光片，这种滤光片制造工艺复杂且成本较高；并且，滤光片透射率会随着带宽变窄而显著减小，导致系统光信号的衰减；再结合上滤光片带宽变窄本身所导致的光信号衰减，ndir气体检测系统的浓度分辨率将会骤降。该方案虽然能够解决交叉干扰的问题，但却增加了成本，降低了系统的浓度分辨率。除此之外，该方案还存在一个致命的缺陷。当面对甲烷、乙
5、因此，如何实现对全谱线交叠的混合气体ch4、c2h6、c3h8的零交叉干扰ndir检测是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术中的问题，提供一种非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法。
2、为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
3、一种非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，包括以下步骤：
4、s1，计算滤光片带宽内的小数吸收（）值，它本质上是对个波长下的平均，
5、，
6、其中， 是在波长处的小数吸收值，表示带宽内存在种不同波长（）的单色光，
7、s2，将改造为关于的函数，并引入函数来记录每组所对应的不同的个数：
8、，
9、其中，、和分别对应了三种气体的吸收系数，、、 分别表征了三种气体吸收系数的大小，其中是其索引，取值从到， 是一个与光带宽相关的函数，表示对应吸收系数组合下的光带宽的大小，是在光吸收系数组合下的小数吸收值，
10、s3，将式5中核心的部分定义为贡献度，其反映了大小为的吸收系数组合，对于最终小数吸收的贡献程度：
11、。
12、s4，传统的拟合公式对应了式5中的情况：
13、，
14、其中，是指透射光强度变化值，是一个常数，代表响应变量的最大变化值，是指光通过目标气体的光程，表示三种气体的浓度值，分别对应了相关的衰减系数，是一个常数，代表不随气体浓度变化的这部分光强；
15、s5，将公式推广到相和相，
16、，
17、。
18、s6，将贡献度模型推广至维，以求解种气体，
19、，
20、其中，式15为维相的拟合函数，其中维是指滤光片带通范围内存在种谱线交叠的气体, 相则体现了拟合的精度，是第相的光带宽值，其中从到, 是第相当中第种气体的吸收系数大小，表示第种气体的浓度值，其中从到；
21、s7，获取训练集，训练集中包含个通道的电信号值以及对应的混合气体的浓度值，拟合函数式15对训练集数据进行拟合，构建关于个通道的个非线性方程，此时，只需输入个通道的电信号值求解该非线性方程组，即可得到种气体的浓度值。
22、在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
23、作为本专利技术的优选技术方案：步骤s1中，先计算光电探测器接收的总光强，宽谱光源所发出的光在经过目标气体的吸收后通过滤光片，此时光电探测器接收的总光强可以表示为种不同波长的单色光的总和，而每种单色光的强度都遵循比尔-朗伯定律出现特定的衰减：
24、
25、其中，和分别为带通滤光片的上下截止波长，是指初始光强，是指波长为时的吸收系数，是目标气体的浓度值， 是指波长间隔；
26、再采用小数吸收来表征目标气体分子对红外光的吸收程度，
27、
28、其中，为小数吸收值， i是穿过目标气体后的透射光强度，是没有目标气体时的入射光强度。
29、作为本专利技术的优选技术方案：当滤光片带通范围内存在三种气体时，表现为
30、，
31、其中，分别是一个通道中三种不同气体在波长处的吸收系数，分别是三种气体的浓度值，和为三种气体的对应的吸收系数。
32、作为本专利技术的优选技术方案：步骤s2中，
33、，
34、，
35、采用式6、式7、式3得出式5，
36、其中，
37、。
38、作为本专利技术的优选技术方案：步骤s2中，的大小本质上是由的分布所决定的：
39、
40、，
41、其中，分别表示对波长的积分变量。
42、作为本专利技术的优选技术方案：步骤s7中，在全交叠谱线上布置了三个通道，每个通道分别进行训练集数据的采集，然后根据拟合函数式15对训练集数据进行拟合，每个通道都可以得到一个方程
43、
44、基于matlab中的fsolve函数，输入三个通道的电信号值，即可求解出混合气体的浓度值，
45、。
46、与现有技术相比，本专利技术的一种非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，根据ndir气体检测使用宽谱光源的特点，创造性地提出了目标气体吸收系数的贡献度模型，修正了ndir域内的比尔-朗伯定律，并将其推广至维相，用于实现种谱线交叠气体的零交叉干扰检测。通过这一高物理可解释性、高泛化能力的拟合函数，成功实现了对全谱线交叠的混合气体(ch4、c2h6、c3h8)的零交叉干扰ndir检测。
47、相比较传统的方案，本专利技术的处理方法无需增加任何额外的成本，仅依靠模型本身的优越性实现了ndir领域中交叉干扰的消除，突破了传统ndir检测的边界，精确检测混合气体，为ndir交叉干扰的消除提供了本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：步骤S1中，先计算光电探测器接收的总光强，宽谱光源所发出的光在经过目标气体的吸收后通过滤光片，此时光电探测器接收的总光强可以表示为种不同波长的单色光的总和，而每种单色光的强度都遵循比尔-朗伯定律出现特定的衰减：
3.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：当滤光片带通范围内存在三种气体时，表现为
4.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：步骤S2中，
5.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：步骤S2中，的大小本质上是由的分布所决定的：
6.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：步骤S7中，在全交叠谱线上布置了三个通道，每个通道分别进行训练集数据的采集，然后根据拟合函数式15对训练集数据进行拟合，每个通道都可以得到一个方程
【技术特征摘要】
1.一种非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：步骤s1中，先计算光电探测器接收的总光强，宽谱光源所发出的光在经过目标气体的吸收后通过滤光片，此时光电探测器接收的总光强可以表示为种不同波长的单色光的总和，而每种单色光的强度都遵循比尔-朗伯定律出现特定的衰减：
3.如权利要求1所述的非分散红外气体检测中的交叉干扰处理方法，其特征在于：当滤光片带通范围内存在三种气体...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟达，吴海涛，李庆，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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