专利名称：一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统的制作方法
技术领域：
本发明属于在线检测技术领域，涉及一种数据处理系统，具体涉及一种实现紧密耦合式烟气在线连续监测关键技术之一的一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统。
背景技术：
随着我国工业产业应用的发展，气体分析仪器得到了广泛的应用；作为连续污染物监测系统，成为解决固定污染源污染物排放问题的有效手段。由于水蒸气在紫外波段没有吸收，因而，紫外光学气体分析仪不受水蒸气的影响， 检测气体时不需要进行除湿预处理。传统的烟气抽取式监测方式是将烟气从烟道中抽出， 用管线引到烟道下的分析小屋内，通过多台单组分气体分析仪对该烟气进行分析，同时，为了保证抽出的烟气能够反应烟道内烟气的特性，还必须保证整个样品流经的管线处于高温状态，导致气体分析系统结构复杂，可靠性低。直接插入式监测系统在使用过程中，需将探头直接插入烟道，与烟道结合在一起，而光学仪器属于精密仪器，在烟道内的安装难度大， 长期使用后不易用标准气进行标校。目前采用的紧密耦合式烟气监测方式，是将一台紫外光学多组分气体分析仪安装于烟道外，抽出的烟气直接送入该多组分气体分析仪，即时得到分析结果，在监测过程中只需要简单除尘而不需要除湿预处理。这种监测系统结构简单，成本低，而且安装难度小。但紫外光学多组分气体分析仪在进行多组分气体检测时，由于系统中光电二极管阵列检测到的光谱数据是多种气体组分的混合信息，各种组分彼此存在交叉敏感性，另外，光线通过气体时还会产生各种散射，也会影响气体的检测结果，而现有紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统无法消除气体对光线产生的各种散射的影响，不能分离出各种组分各自的吸收光谱，导致不能反演出各组分气体的浓度，影响对烟气的在线连续监测。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统，能够消除气体对光线产生的各种散射的影响，分离出待检测气体各组分的吸收光谱，并能反演出各组分气体的浓度。本发明所采用的技术方案是，一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统， 包括数据预处理处理单元1、各组分气体光谱数据提取单元2和各组分气体浓度反演单元 3;其中，数据预处理单元1，用于接收气体分析仪输入的多组分气体的光谱数据，对接收到的光谱数据进行预处理，消除散射噪声的影响，然后，将预处理后的数据输送至各组分气体光谱数据提取单元2 ；各组分气体光谱数据提取单元2，用于接收数据预处理单元1传输的数据，对接收到的数据进行处理，消除交叉干扰，提取各组分的光谱数据，并将该光谱数据传输至各组分气体浓度反演单元3 ；各组分气体浓度反演单元3，用于接收各组分光谱数据提取单元2传输的各组分的光谱数据，对接收到的各组分的光谱数据进行处理，减小系统噪声的影响，反演出各组分的气体浓度。本发明数据处理系统利用紫外差分算法消除颗粒物、光学镜头污染等噪声的影响；各组分光谱数据提取主要利用短时快速傅里叶变换以及选取主吸收峰等方法；各组分气体浓度反演主要使用基于结构风险最小化的最小二乘支持向量机方法。输入检测到的光谱数据后，结合紫外差分、短时快速傅里叶以及最小二乘支持向量机方法，可以反演出多种混合气体的气体浓度，且具有结果不受噪声影响、各组分数据互不干扰、计算量小等特点， 适合于多组分气体在线连续监测。
图1是本发明数据处理系统的结构示意图。图2是实施例中NH3W吸收截面图。图3是实施例中C7H8的吸收截面图。图4是实施例中C6H6的吸收截面图。图中，1.数据预处理单元，2.各组分气体光谱数据提取单元，3.各组分气体浓度反演单元。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明数据处理系统的结构，包括依次相连接的数据预处理处理单元1、各组分气体光谱数据提取单元2和各组分气体浓度反演单元3，其中，数据预处理单元1，用于接收气体分析仪输入的多组分气体的光谱数据，采用紫外差分算法对接收到的光谱数据进行预处理，消除光学镜头污染和多组分气体中颗粒物散射噪声的影响，然后，将预处理后的数据输送至各组分气体光谱数据提取单元2 ；各组分气体光谱数据提取单元2，用于接收数据预处理单元1传输的数据，采用短时快速傅里叶变换和差值法对接收到的数据进行处理，消除多组分气体中各组分之间的交叉干扰，提取各组分的光谱数据，并将该光谱数据传输至各组分气体浓度反演单元3 ；各组分气体浓度反演单元3，用于接收各组分光谱数据提取单元2传输的各组分的光谱数据，采用结构风险最小化的最小二乘支持向量机法对接收到的各组分的光谱数据进行处理，减小系统噪声的影响，反演出各组分的气体浓度。需本数据处理系统处理的数据由光电二极管阵列检测得到，可同时得到两种以上组分的浓度，并可以根据要得到浓度的目标气体组分设定组分数量和组分种类。利用本发明数据处理系统对气体分析仪得到的多组分气体的光谱数据进行处理的过程1.利用紫外差分法进行预处理对气体分析仪得到的多组分气体的光谱数据进行傅里叶变换，将该光谱数据转换到频率域，然后，利用紫外差分算法消除烟气中的颗粒物、光学镜头污染等散射噪声对光谱数据的影响；并根据紫外差分原理，将该光谱数据中的高频部分作为气体吸收信号，低频部分作为噪声信号，通过数据预处理单元1中的高通滤波器滤除低频部分，并将高频部分进行傅里叶反变换，得到高频部分光谱数据；2.采用短时快速傅里叶变换对得到的高频部分光谱数据进行处理，提取该高频部分光谱数据中有周期性特性的气体组分的吸收光谱，并通过带宽滤波器得到该气体组分在周期频率段的信号，然后将该周期频率段的信号进行反变换得到该气体组分的吸收强度， 反演出该气体组分的气体浓度；短时快速傅立叶变换是常用的一种时频分析方法，通过时间窗内的一段信号来表示某一时刻的信号特征。窗越宽，时间分辨率越差；反之会降低频率分辨率，也就是说短时快速傅立叶变换不能同时兼顾时间和频率分辨率。离散信号χ (η)的短时傅立叶变换定义为
权利要求
1.一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统，其特征在于，该数据处理系统包括数据预处理处理单元(1)、各组分气体光谱数据提取单元( 和各组分气体浓度反演单元(3)；其中，数据预处理单元(1)，用于接收气体分析仪输入的多组分气体的光谱数据，对接收到的光谱数据进行预处理，消除散射噪声的影响，然后，将预处理后的数据输送至各组分气体光谱数据提取单元O)；各组分气体光谱数据提取单元O)，用于接收数据预处理单元(1)传输的数据，对接收到的数据进行处理，消除交叉干扰，提取各组分的光谱数据，并将该光谱数据传输至各组分气体浓度反演单元(3)；各组分气体浓度反演单元(3)，用于接收各组分光谱数据提取单元( 传输的各组分的光谱数据，对接收到的各组分的光谱数据进行处理，减小系统噪声的影响，反演出各组分的气体浓度。
2.一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统，其特征在于，该数据处理系统包括数据预处理处理单元(1)、各组分气体光谱数据提取单元( 和各组分气体浓度反演单元(3)；其中，数据预处理单元(1)，用于接收气体分析仪输入的多组分气体的光谱数据，采用紫外差分算法对接收到的光谱数据进行预处理，消除光学镜头污染和多组分气体中颗粒物散射噪声的影响，然后，将预处理后的数据输送至各组分气体光谱数据提取单元O)；各组分气体光谱数据提取单元O)，用于接收数据预处理单元(1)传输的数据，采用短时快速傅里叶变换和差值法对接收到的数据进行处理，消除多组分气体中各组分之间的交叉干扰，提取各组分的光谱数据，并将该光谱数据传输至各组分气体浓度反演单元(3)；各组分气体浓度反演单元(3)，用于接收各组分光谱数据提取单元( 传输的各组分的光谱数据，采用结构风险最小化的最小二乘支持向量机法对接收到的各组分的光谱数据进行处理，减小系统噪声的影响，反演出各组分的气体浓度。
全文摘要
一种紫外光学多组分气体分析仪的数据处理系统，包括接收气体分析仪输入的多组分气体的光谱数据，对该光谱数据进行预处理，消除散射噪声影响的数据预处理处理单元；用于接收处理数据预处理单元传输的数据，并将处理后的数据传输至各组分气体浓度反演单元的各组分气体光谱数据提取单元以及接收各组分光谱数据提取单元传输的各组分的光谱数据，减小系统噪声影响，反演出各组分气体浓度的各组分气体浓度反演单元。本发明数据处理系统能够消除气体对光线产生的各种散射的影响，分离出待检测气体各组分的吸收光谱，并能反演出各组分气体的浓度。
文档编号G01N21/33GK102230891SQ20111006147
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者陈柏松 申请人:西安泰戈分析仪器有限责任公司