一种光谱仪波长快速校准方法技术

本发明专利技术设计一种光谱仪波长快速校准方法，该方法在线对烟气分析仪通入二氧化硫标气，通过系统对出厂前光谱仪波长基准点集处理，及校准点集的存储，利用二氧化硫在202-214nm和280-310nm波段上的明显的特征吸收结构，根据其中的波峰（或者波谷）与像素点的对应关系，进行三阶拟合，确定新的波长与像素点的对应关系，从而实时对烟气分析仪内部的光谱仪进行波长校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在DOAS烟气分析仪内部利用二氧化硫标气对光谱仪进行实时在线波长校准的方法。该方法可以对DOAS烟气分析仪进行在线快速标定，极大提高了系统的维护效率。
技术介绍
光谱仪波长校准的常用方法是用诸如汞氩灯等具有公认特征谱线的标准光源，光谱仪对其辐射光线进行采集，根据光谱仪采集的特征谱线的位置与公认谱线进行对比和匹配，通过多项式拟合计算出光谱仪波长校准系数，此校准系数反应的就是波长与光谱仪像素点之间的对应关系。这种方法对于在实验室对光谱仪进行波长校准操作简单、易行，且波长校准结果准确、可靠，但是如果对现场工况条件下DOAS烟气分析仪内部的光谱仪进行波长校准其工作量相当大，且如果将上述标准光源放入DOAS烟气分析系统中系统结构将变得“复杂”。对于DOAS烟气分析系统而言，光谱仪是其中的核心部件，所以定期对光谱仪进行波长校准能够提升整体系统运行的准确性和稳定性，但是传统的方法需要将光谱仪从现场系统中拆卸下来，返厂使用汞灯进行校准，这样既浪费了时间和资源，又给用户带来很大的不便。
技术实现思路
本专利技术提供，该方法通过现场向系统通入二氧化硫标气对光谱仪进行快速校准，从而节省了维护成本，增强了光谱仪使用的稳定性。本专利技术的具体技术方案如下: ，该方法的具体步骤如下: O向一台出厂光谱仪的测量光路通入二氧化硫标气，由终端设备读取该光谱仪在202-214nm和280_310nm两个波段上的所有的波峰和波谷所处的像素序号及其对应波长，形成基准点集；该基准点集内的基准点的个数为自然数M个；并读取该台出厂光谱仪的出厂校准系数作为最佳适应度存储； 2)对步骤I中的基准点集合进行优化筛选，具体过程如下: 首先定义三个参数分别为适应度，最佳适应度，个体，具体定义如下: 适应度:个体对应的三阶拟合系数； 最佳适应度:光谱仪出厂的校准系数； 个体:基准点集内的部分的或者全部的点及其对应的波长形成的子集； 结合上述三个参数，采用GA或者BP (算法进行优化筛选，得到优化后的基准点集，并在终端设备(如计算机，嵌入式小型计算机等)内存储此优化后的基准点集，作为本台光谱仪的校准点集，校准点集中的基准点的个数为自然数N个，N < M ; 3)当所述出厂光谱仪为待校准光谱仪时，在线对待校准光谱仪测量光路内通入二氧化硫标气，待测量数据的示数稳定后，通过光谱仪读取实时测量光谱，并送入终端设备，以步骤2的校准点集对应的各波长为基准，逐一在各基准±0.6nm范围内寻找测量光谱光强极大值或者极小值，该极大值或者极小值所处的波长对应测量光谱中波峰或者波谷，记录测量光谱中波峰或者波谷波长及对应的像素序号，得到实测基准点集；实测基准点集中基准点的个数也为自然数N个，N彡M ; 4)步骤3的实测基准点集与步骤2的校准点集一一对应进行比较，实测基准点集的波长较校准点集的波长相差一个像素以上，即认定发生漂移，进入步骤5)进行校准；否则退出程序，校准结束； 5)、将步骤3的实测基准点集中波长与像素序号进行三阶拟合，得出待校准光谱仪的校准系数:Lambda [N] = coe [3] X x [N]3+coe [2] X x[N]2+coe[l] X x [N] ^coe Xx[N]°;其中: N:表示实测基准点集内的第N个点；x[N]:表示实测基准点集内的第N个点所对应的的像素序号，即为待校准光谱仪的第η个像素点； Lambda[N]:表示实测基准点集内的第N个点所对应的波长； coe [3], coe [2], coe [I], coe [O]:本数组即为光谱仪的校准系数； 将得出新的校准系数替代光谱仪内原有的校准系数，应用在光谱仪内即可，光谱仪启动时就会以这组新的校准系数为准。步骤I)中所述波峰和波谷的读取方法如下:在202-214nm和280_310nm这两个波段，逐个比较相邻波长之间的光强，若在某波长处光强不再增加，且此波长+0.6nm的波长的范围内再无更大的光强，则认为此处波长的光强为一个极大值，即是一个波峰；反之逐个比较相邻波长之间的光强 ，若在某波长处光强不再减小，且波长+0.6nm的波长的范围内无更小的光强，则认为此处波长的光强为一个极小值，即是一个波谷。步骤3中所述波峰为基准点附近光强极大值，波谷为基准点附近光强极小值。步骤4中判定漂移的判定值为一个像素，当实测基准点集的与校准点集中对应的波长逐个进行判断，只要有一个差值大于(Xmax-Xmin)/ n，就认定待校准光谱仪发生了漂移，需要校准； Amax:光谱仪出厂设定的所测量的最大波长值； λ min:光谱仪出厂设定的所测量的最小波长值； η:光谱仪像素个数。为了能够定期对DOAS烟气分析仪内部的光谱仪进行波长漂移检查并校准，必须找到一种简单、易行且校准结果既准确又可靠的方法，同时系统结构要求简单。本专利技术设计的光谱仪快速校准的方法，在线对烟气分析仪通入二氧化硫标气，通过系统对出厂前光谱仪波长基准点集处理，及校准点集的存储，利用二氧化硫在202-214nm和280-310nm波段上的明显的特征吸收结构，根据其中的波峰(或者波谷)与像素点的对应关系，进行三阶拟合，确定新的波长与像素点的对应关系，从而实时对烟气分析仪内部的光谱仪进行波长校准。本方法对光谱仪校准的时候不局限于某一测量系统内，也可在实验室内使用。只要使光谱仪采集到通入二氧化硫标气的光谱，即可利用本方法进行漂移判定和校准工作。与以往的通过汞氩灯对光谱仪进行校准的方法相比，本专利技术不需要将现场的光谱仪从烟气分析仪内部拆卸出来，不需运输到室内使用汞氩灯对光谱仪进行校准，节省了人力和物力的成本；在线对系统输入二氧化硫标气，由系统直接自动进行校准条件判断以及校准流程，全程时间至多半个小时，极大的减少了时间，降低了成本，增加了系统的可维护性以及稳定性。附图说明: 图1为二氧化硫在202-214nm的特征吸收结构。图2为二氧化硫在280_310nm的特征吸收结构。图3为本专利技术快速校准方法校准前、后波长漂移结果列表。具体实施方式: 如图1和图2所示，二氧化硫在202-214nm和280_310nm上有明显的特征吸收结构，图1中圆圈圈定之处代表波峰或波谷位置。每台光谱仪出厂时都要经过人工调校，每台光谱仪的基准波长可能稍微有所不同，但偏差范围不会超过两个像素之间的波长间隔(两个像素之间的波长间隔=测量波长范围/光谱仪像素点数)。实施例一: 本专利技术光谱仪波长快速校准方法，该方法的具体步骤如下: O向一台出厂的光谱仪的测量光路通入二氧化硫标气，由终端设备(如计算机，嵌入式小型计算机等)读取该光谱仪在202-214nm和280_310nm两个波段上的所有的波峰和波谷所处的像素序号及其对应波长，形成基准点集；该基准点集内的基准点的个数为自然数M个；并读取该台出厂光谱 仪的适应度并存储； 步骤I)中所述波峰和波谷的读取方法如下:在202-214nm和280_310nm这两个波段，逐个比较相邻波长之间的光强，若在某波长处光强不再增加(即从一个光强值递增的过程变为减小)，且此波长+0.5nm的波长的范围内再无更大的光强，则认为此处波长的光强为一个极大值，即是一个波峰；反之逐个比较相邻波长之间的光强，若在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱仪波长快速校准方法，该方法的具体步骤如下：1）向一台出厂光谱仪的测量光路通入二氧化硫标气，由终端设备读取该光谱仪在202?214nm和280?310nm两个波段上的所有的波峰和波谷所处的像素序号及其对应波长，形成基准点集；该基准点集内的基准点的个数为自然数M个；并读取该台出厂光谱仪的出厂校准系数作为最佳适应度存储；2）对步骤1中的基准点集合进行优化筛选，具体过程如下：首先定义三个参数分别为适应度，最佳适应度，个体，具体定义如下：适应度：个体对应的三阶拟合系数；最佳适应度：光谱仪出厂的校准系数；个体：基准点集内的部分的或者全部的点及其对应的波长形成的子集；结合上述三个参数，采用GA或者BP算法进行优化筛选，得到优化后的基准点集，并在终端设备内存储此优化后的基准点集，作为本台光谱仪的校准点集，校准点集中的基准点的个数为自然数N个，N≤M；3）当所述出厂光谱仪为待校准光谱仪时，在线对待校准光谱仪测量光路内通入二氧化硫标气，待测量数据的示数稳定后，通过光谱仪读取实时测量光谱，并送入终端设备，以步骤2的校准点集对应的各波长为基准，逐一在各基准±0.6nm范围内寻找测量光谱光强极大值或者极小值，该极大值或者极小值所处的波长对应测量光谱中波峰或者波谷，记录测量光谱中波峰或者波谷波长及对应的像素序号，得到实测基准点集；实测基准点集中基准点的个数也为自然数N个，N≤M；4）步骤3的实测基准点集与步骤2的校准点集一一对应进行比较，实测基准点集的波长较校准点集的波长相差一个像素以上，即认定发生漂移，进入步骤5）进行校准；否则退出程序，校准结束；5）、将步骤3的实测基准点集中波长与像素序号进行三阶拟合，得出待校准光谱仪的校准系数：Lambda[N]?=?coe[3]?×?x[N]3+coe[2]?×?x[N]2+coe[1]?×?x[N]1+coe[0]?×x[N]0;其中：N：?表示实测基准点集内的第N个点；?x[N]?：?表示实测基准点集内的第N个点所对应的的像素序号，即为待校准光谱仪的第n个像素点；Lambda[N]?：表示实测基准点集内的第N个点所对应的波长；coe[3]，coe[2]，coe[1]，coe[0]?：?本数组即为光谱仪的校准系数；将得出新的校准系数替代光谱仪内原有的校准系数，应用在光谱仪内完成校准。...

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪波长快速校准方法，该方法的具体步骤如下: 1)向一台出厂光谱仪的测量光路通入二氧化硫标气，由终端设备读取该光谱仪在202-214nm和280_310nm两个波段上的所有的波峰和波谷所处的像素序号及其对应波长，形成基准点集；该基准点集内的基准点的个数为自然数M个；并读取该台出厂光谱仪的出厂校准系数作为最佳适应度存储； 2)对步骤I中的基准点集合进行优化筛选，具体过程如下: 首先定义三个参数分别为适应度，最佳适应度，个体，具体定义如下: 适应度:个体对应的三阶拟合系数； 最佳适应度:光谱仪出厂的校准系数； 个体:基准点集内的部分的或者全部的点及其对应的波长形成的子集； 结合上述三个参数，采用GA或者BP算法进行优化筛选，得到优化后的基准点集，并在终端设备内存储此优化后的基准点集，作为本台光谱仪的校准点集，校准点集中的基准点的个数为自然数N个，N≤M ; 3)当所述出厂光谱仪为待校准光谱仪时，在线对待校准光谱仪测量光路内通入二氧化硫标气，待测量数据的 示数稳定后，通过光谱仪读取实时测量光谱，并送入终端设备，以步骤2的校准点集对应的各波长为基准，逐一在各基准±0.6nm范围内寻找测量光谱光强极大值或者极小值，该极大值或者极小值所处的波长对应测量光谱中波峰或者波谷，记录测量光谱中波峰或者波谷波长及对应的像素序号，得到实测基准点集；实测基准点集中基准点的个数也为自然数N个，N≤M ; 4)步骤3的实测基准点集与步骤2的校准点集一一对应进行比较，实测基准点集的波长较校准点集的波长相差一个像素以上，即认定发生漂移，进入步骤5)进行校准；否则退出程序，校准结束； 5)、将步骤3的实测基准点集中波长与像素序号进行三阶拟合，得出待校准光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：武善磊，汤光华，陈祥，林正根，陈书建，张西谋，成佳慧，苗丰，
申请(专利权)人：南京国电环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：