CN104267018A - 一种拉曼气体分析仪中气体浓度信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

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

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

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。

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：

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；为了降低响应时间，此叠加次数较少。

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(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。

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：

激光拉曼气体分析仪的标定步骤，具体如下：

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；

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_标、V_载分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n_标、n_载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V_标、V_载，n_标、n_载已知；

步骤1.5.更换被标定的气体，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k_标i，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V_测i、V_载，根据标定数据库可得得

其中，V_测i、V_载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；n_测i、n_载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_测i、V_载，k_标i从标定步骤得到的标定数据库中已知；

步骤2.5.由式n_测1+n_测2+...+n_测n+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n_测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k_标i，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定气体与实际测量载气所得的光谱图，得到V_测i、V_测(n+1)，根据标定数据库可得和由

得到

其中，V_测i、V_测(n+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_测i、n_测(n+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_测1+n_测2+...+n_测n+n_测(n+1)＝1，可计算出实际测量载气的浓度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_测i。

需要注意的是，计算各组分气体浓度时，只需要在步骤3中进行一次标定即可，在步骤4中的再次计算浓度时，不需要进行气体的标定。

因此，本发明具有如下优点：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。

附图说明

图1为本发明的处理流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明的具体步骤如下：

1)获取原始光谱信号；

2)光谱信号预处理，光谱信号预处理方法是指叠加法放大气体浓度信号的方法，为了降低响应时间，此叠加次数较少。

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。其中，低浓度光谱信号的二次处理方法是指叠加法放大气体浓度信号的方法，为了提高测量的精度，此叠加次数较多。

在本实施例中，步骤3和步骤4中计算各组分气体浓度采用下面的方法进行：

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；

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_标、V_载分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n_标、n_载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V_标、V_载，n_标、n_载已知；

步骤1.5.更换被标定的气体，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k_标i，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V_测i、V_载，根据标定数据库可得得

其中，V_测i、V_载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；n_测i、n_载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_测i、V_载，k_标i从标定步骤得到的标定数据库中已知；

步骤2.5.由式n_测1+n_测2+...+n_测n+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n_测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k_标i，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定气体与实际测量载气所得的光谱图，得到V_测i、V_测(n+1)，根据标定数据库可得和由

得到

其中，V_测i、V_测(n+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_测i、n_测(n+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_测1+n_测2+...+n_测n+n_测(n+1)＝1，可计算出实际测量载气的浓度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_测i。

需要注意的是，计算各组分气体浓度时，只需要在步骤3中进行一次标定即可，在步骤4中的再次计算浓度时，不需要进行气体的标定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

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；

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_标、V_载分别为被标定气体和中间载气光谱图的波峰高度；n_标、n_载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V_标、V_载，n_标、n_载已知；

步骤1.5.更换被标定的气体，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k_标i，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V_测i、V_载，根据标定数据库可得得

其中，V_测i、V_载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；n_测i、n_载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_测i、V_载，k_标i从标定步骤得到的标定数据库中已知；

步骤2.5.由式n_测1+n_测2+...+n_测n+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n_测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k_标i，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定气体与实际测量载气所得的光谱图，得到V_测i、V_测(n+1)，根据标定数据库可得和由得到

其中，V_测i、V_测(n+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_测i、n_测(n+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_测1+n_测2+...+n_测n+n_测(_n+1)＝1，可计算出实际测量载气的浓度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_测i。