以在数字电子电路、集成电路、专门设计的应用集成电路、可编程门阵列、计算机硬件、软件、固件及它们的组合里实现。这些功能特征可包括一个或几个计算程序，在可编程系统被执行或解读，该系统包括专用或通用的可编程处理器，传送接收数据和指令到存储系统、输入设备以及输出设备。
[0043]这些计算机程序，能够以高级过程或面向对象的编程语言或汇编(机器)语言来实现。本文所用术语机器可读介质是指任何计算机程序产品、装置或设备，例如磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件，用于给一个可编程处理器提供机器指令或数据。术语机器可读信号是指提供机器指令或数据到一个可编程处理器的任何信号。机器可读介质可以永久地存储这样的机器指令，例如非瞬时固态存储器或磁性硬盘驱动器或任何等效的存储介质。机器可读介质也可短暂地替换或添加存储机器指令，例如高速缓存或带有物理处理器核心的随机存取存储器。
[0044]为了提供分析仪与用户的交互界面，本专利的功能可以在计算机上实现，计算机配有显示装置，如阴极射线管或液晶显示器或发光二极管显示器用于给用户显示信息。计算机还配有键盘和鼠标，用户利用它们提供给计算机的输入。其它种类的设备也可以用来为用户提供交互界面。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感观反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。来自用户的输入可以以任何形式，包括声音、语音或触觉输入。其它可能的输入设备包括触摸屏或其它触摸敏感设备，诸如单点或多点电阻式或电容式触控屏、语音识别硬件和软件、光学扫描仪、数字图像捕获设备和相关的解释软件等等。远程的计算机可以通过有线或无线网络与分析仪链接，以便它们之间的数据交换(例如接收数据和发送信息，如校准数据、运行参数，软件升级或更新等)以及分析仪的远程控制、诊断等。
[0045]取决于所需的配置，本专利的实施可体现在系统、装置或方法里。上述所列的实施方式并不代表本专利的所有实施方式。它们仅是体现专利原理的两个例子。其它实现方式也是在权利要求的范围内。此外，不一定按专利中文字和附图中所描述的顺序才能达到期望的结果。
【主权项】
1.一种自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)零气的产生和纯净谱的采集； (2)复合参考气的产生和参考谱的采集计算； (3)实时过程采样气体的流路控制和过程谱的采集计算； (4 )过程谱与参考谱的比对计算获得目标分析物的浓度。
2.根据权利要求1所述的自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于:由状态变化鉴别器同步实时监测气体背景状态的变化，所述变化超出范围，则重启零气的产生和纯净谱的采集过程， 步骤(2)中，复合参考气体的生成包括:首先引导采样气体通过洗涤器去除目标分析物，然后向处理过的采样气体中添加已知量的一种或多种目标分析物包含一步或多步添加已知浓度的气态、液态或固态目标分析物， 步骤(4)比对计算目标分析物浓度的步骤包括:使用光强度域或波长域上过程谱、参考谱和纯净谱数据的部分或全部确定一个或多个差值、比值、均方误差、决定系数、互相关函数、互相关积分、回归系数； 比对计算目标分析物浓度的确定方法包括:使用减法、分割、交叉相关性、卷积、曲线拟合、回归分析和优化的一种或多种数学或化学计量学的应用方法。
3.根据权利要求1或2所述的自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于: (1)从测量现场采样的过程气体首先经过流量控制器，获得稳定的已知流速的采样气流，再通过洗涤器，获得没有目标分析物仅有背景气体的零气，流路控制器通过阀门开关控制零气流入采样气室，标准气源绕过采样气室直接流到采样气室的下游出口，光谱仪采样气室的光源发出的光通过一个已知光程的气室，到达检测器，经过电子设备的采样处理，获得零气的光谱，称之为纯净谱作为光谱分析和计算的基线； (2)流路控制器继续控制零气流入采样气室，同时控制标准气源与零气混合流入采样气室，由于零气的流速和标准气源产生目标分析物的浓度和流速已知，因此目标分析物在采样气室的浓度可知，光谱仪采样气室的光源发出的光通过同一个已知光程的气室，到达检测器，经过电子设备的采样处理，获得含参考气体的复合参考气的光谱，称之为复合参考谱，复合参考谱减去纯净谱获得参考谱； (3)流路控制器继续控制采样气体绕过洗涤器，直接流入采样气室，同时控制标准气源绕过采样气室直接流到采样气室的下游出口，光谱仪采样气室的光源发出的光通过同一个已知光程的气室，到达检测器，经过电子设备的采样处理，获得过程气体的光谱，称之为复合过程谱，复合过程谱减去纯净谱获得过程谱； (4)过程谱与参考谱具有相同的背景状态，通过比对计算可获得过程采样气体中的目标分析物的浓度。
4.根据权利要求3所述的自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于:第二路采样气体流过第二个洗涤器，始终产生甄别零气，然后通过状态变化甄别器，它记录在光谱仪采集零气时甄别零气的状态得到初始甄别状态，并同步实时监控后续过程采样气体测量时甄别零气的状态得到实时甄别状态，状态包括但不限于温度、压强、持续时间和背景组份和由其组成的背景光谱结构，当实时甄别状态与初始甄别状态的变化超出设定范围后，启动一个新的零气生成和纯净谱采集的过程。
5.根据权利要求4所述的自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于:内置标准气源发射已知的质量或体积流速的目标分析物到已处理的采样气体一零气中，或以已知的流速把含有已知浓度目标分析物的外配混合标准气加到零气中，添加已知量的目标分析物包含一步或多步添加一种或多种已知浓度的气态、液态或固态目标分析物到零气中。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于:背景气体包括空气、天然气、化工过程气、高纯工作气、可为毒性、腐蚀性的气体，其中，毒性、腐蚀性的气体如氯乙烯、氯气、氨气、氯化氢、氟化氢、硫化氢、氢气砷化氢、磷化氢、氰化氢等类似物质中的任意一种或几种的组合； 目标分析物包括水蒸气、氧气、硫化氢、二氧化硫、其它硫化合物、氨气、一氧化氮、二氧化氮、其它氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、其它烃类、氯化氢、氟化氢、氰化氢、溴化氢、砷化氢、磷化氢、及其它氢氟氯氧碳类中的任意一种或几种。
7.—种根据权利要求4所述的自校准的光谱分析仪装置，其特征在于:包括发射连续光或脉冲光的光源、检测器、把目标分析物移除或减少到可忽略不计的水平的洗涤器、及可将目标分析物加到零气的标准气源、流量控制器和流路控制器，经洗涤器、标准气源产生的复合参考气体流入气室，光源所发射的光线穿过一个已知光程的采样气室，投射到与分析仪连接的探测器上，通过分析仪量化探测器检测到的光强信号，气室内分别安装一个或多个实时测量气室内的温度和压力的温度和/或压力传感器及端镜，该端镜位于气室的一端或两端。
8.根据权利要求7所述的自校准的光谱分析仪装置，其特征在于:系统配有状态变化鉴别器，同步实时监测气体背景状态变化，当变化超出设定范围时，启动一个新的参考谱的米集过程。
9.根据权利要求8所述的自校准的光谱分析仪装置，其特征在于:还包括电子设备，电子设备包括一个或多个具有分析仪信号接收、比较和修改功能的可编程处理器，通过有线或无线链路，电子设备与光源和检测器通信，用于控制光源的发射和接收检测器产生的信号，电子设备为一个单元或根据功能划分的多个单元。
10.根据权利要求8或9所述的自校准的光谱分析仪装置，其特征在于:光源包括可调谐二极管激光器、量子级联激光器、阵列激光器、垂直腔表面发射激光器、水平腔表面发射激光器、分布式反馈激光器、发光二极管、超级发光二极管、自放大发射光源、气体放电激光器、等离子体激光器、液体激光器、固态激光器、光纤激光器、色心激光器、白炽灯、放电灯和热发射体中的任意一种或几种； 检测器包括铟镓砷化物探测器、铟砷化探测器、磷化铟检测器、硅检测器、硅锗检测器、锗检测器、碲镉汞检测器、铅硫化物检测器、砸化铅检测器、热电堆检测器、多元件线阵检测器、多元件面阵检测器、单一的元素检测器和光电倍增管中的任意一种或几种； 洗涤器包括一个或多个净化器、化学转换器、化学分离器、蒸馏塔、分离柱以及干燥器； 标准气源为一个或多个扩散型气体发生器或混合器。
【专利摘要】本发明涉及一种自校准分析仪的设计方法及装置，包括以下步骤：零气的产生和纯净谱的采集；复合参考气的产生和参考谱的采集计算；实时过程采样气体的流路控制和过程谱的采集计算；过程谱与参考谱的比对计算获得目标分析物的浓度。本发明通过新的技术设计方案，可适用于完全不同的背景，只要采样气体和复合参考气的光谱在电子器件的线性反应区内，不引起饱和效应。它不需要出厂前的预校准，更不需要对过程采样气和校验气按照不同的组别存参考曲线，当然也不需要在过程采样测量和校验测量时采用不同的参考曲线。它使用内置的标准气源实时自校准。
【IPC分类】G01N21-31
【公开号】CN104713841
【申请号】CN201510065594
【发明人】季文海, 耿艳峰
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月9日