一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法
【专利摘要】本发明一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法，它涉及信号处理方法，特别是一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法，具体步骤如下：1）获取原始光谱信号；2）光谱信号预处理；3）计算各组分气体浓度；4）判断高浓度信号是否稳定，若不稳定，则直接输出各组分气体浓度；若稳定，则进行低浓度光谱信号的二次处理，然后重新计算各组分气体浓度，再输出各组分气体浓度。本发明的方法不仅可以有效的消除随机噪声干扰的影响，保证测量的精度，而且能满足响应时间的要求。
【专利说明】一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理方法，特别是一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方 法。
【背景技术】
[0002] 在激光拉曼气体分析仪中，为了保证测量的精度，可以对所测量的气体浓度信号 进行处理，处理的方法为叠加方法放大气体浓度信号，但是这些都需要以牺牲响应时间为 代价。本发明就是解决了仪表的测量精度和响应时间之间的矛盾。
【发明内容】
[0003] 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种不仅可以有效的消除 随机噪声干扰的影响，保证测量的精度，而且能满足响应时间的要求。
[0004] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0005] -种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
[0006] 步骤1，获取原始光谱信号；
[0007] 步骤2,基于叠加法放大气体浓度信号的方法对光谱信号进行预处理；为了降低 响应时间，此叠加次数较少。
[0008] 步骤3,计算各组分气体浓度；
[0009] 步骤4,判断高浓度信号是否稳定，若不稳定（其中，波动可设为1%?2% )，则 直接输出各组分气体浓度；若稳定，则基于叠加法进行低浓度光谱信号的二次处理（叠加 次数根据现场需要，可以是10次等），然后重新计算各组分气体浓度，再输出各组分气体浓 度。
[0010] 在上述的一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法，所述步骤2计算各组 分气体浓度时，首先需要进行标定，然后进行气体浓度计算，标定和气体浓度计算均是基于 激光拉曼气体分析仪进行，具体是：
[0011] 激光拉曼气体分析仪的标定步骤，具体如下：
[0012] 步骤1. 1.在进气口通入体积比在4:6?6:4范围的被标定气体与中间载气，待混 合气稳定；
[0013] 步骤1.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生 光谱图信号；
[0014] 步骤1. 3.光谱图采集器采集对应的被标定气体与中间载气的光谱图；
[0015] 步骤1. 4.数据分析模块根据对应的被标定气体与中间载气所得的光谱图，得到 一个比值常量
【权利要求】
1. 一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法，其特征在于，具体步骤如下： 步骤1，获取原始光谱信号； 步骤2,基于叠加法放大气体浓度信号的方法对光谱信号进行预处理； 步骤3,计算各组分气体浓度； 步骤4,判断高浓度信号是否稳定，若不稳定，则直接输出各组分气体浓度；若稳定，则 基于叠加法进行低浓度光谱信号的二次处理，然后重新计算各组分气体浓度，再输出各组 分气体浓度。
2. 根据权利要求1所述的一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法，其特征在 于，所述步骤2计算各组分气体浓度时，首先需要进行标定，然后进行气体浓度计算，标定 和气体浓度计算均是基于激光拉曼气体分析仪进行，具体是： 激光拉曼气体分析仪的标定步骤，具体如下： 步骤I.1.在进气口通入体积比在4:6?6:4范围的被标定气体与中间载气，待混合气 稳定； 步骤1.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生光谱 图信号； 步骤1. 3.光谱图采集器采集对应的被标定气体与中间载气的光谱图； 步骤1.4.数据分析模块根据对应的被标定气体与中间载气所得的光谱图，得到一个 比值常量
其中，V#、V?分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n#、分别为被标定 气体和中间载气的浓度，并且光谱图中得到的是'、￥&1^、1^已知； 步骤1. 5.审拖被标宙的气体，重复步骤1?4,完成所有已知气体的对应标定，建立一 个标定数据库
所述气体浓度检测步骤包括两个选择步骤， 选择步骤一：含有标定中使用的中间载气且中间载气浓度较高的n+1种混合气体浓度 检测步骤，本步骤根据标定数据库kSi，能够计算出各个气体组份的浓度，完成气体浓度的 检测，具体如下： 步骤2.1.在进气口通入检测定混合气体与中间载气，待混合气稳定； 步骤2.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生光谱 图信号； 步骤2. 3.光谱图采集器采集对应的被标定气体与中间载气的光谱图；
步骤2. 4?数据分析避协相粗对向的M说杂与汰互由问哉气所得的光谱图，得到V#U、V s，根据标定数据库可_ 其中，VMi、\^分别为混合气体中的某一种气体和中间载气光谱图的波峰高度；nMi、n^分别为混合气体中的某一种气体和中间载气的浓度，并且光谱图中得到的是V#H、VS，k# i从标定步骤得到的标定数据库中已知； 步骤2. 5?由式ni^+ni^+. ? ? +nMn+n载=1，可计算出中间载气的浓度n载，从而也可计 算出其他n种混合气中其他气体的浓度i; 选择步骤二：不含标定中使用的中间载气或者中间载气浓度较低的n+1种混合气体浓 度检测步骤，本步骤根据标定数据库kSi，即可计算出各个气体组份的浓度，完成气体浓度 的检测，具体如下： 步骤3.1.在进气口通入检测定混合气体，待混合气稳定； 步骤3.2.由激光发射单元发出一束激光经过标定/测量气室中的混合气后，产生光谱 图信号； 步骤3. 3.找到一种气体的光谱图幅值比较大，将此气体作为实际测量载气，定为第n+1种气体； 步骤3. 4.光谱图采集器采集对应的被标定气体与实际测量载气的光谱图； 步骤3. 5.数据分析模块根据对应的被标宙气休与窀际涮量裁气所得的光谱图， 得到V#H、V#Hn+1)，根据标定数据库可得&
由
得到
其中，V#H、V#Hn+1)分别为混合气体中的某一种气体和实际测量载气光谱图的波峰高 度；n#H、n#Hn+1)分别为混合气体中的某一种气体和实际测量载气的浓度，并且光谱图中得 到的是V测i、V测（n+1)，k标i、k标（n+1) 从从标定步骤得到的标定数据库中已知； 步骤3.6?由式n^ji+n测2+.? ?+n测n+n测（n+1) =1，可计算出头际测里载气的浓度n测(n+1)，从而也可计算出其他n种混合气中其他气体的浓度n_i。
【文档编号】G01N21/65GK104267018SQ201410583555
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】熊友辉, 刘志强, 聂晓楠, 江坤, 田蕾, 石平静 申请人:武汉四方光电科技有限公司