用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，屬于氣體吸收光譜測量【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決現(xiàn)有方法測量計(jì)算精度差的問題而設(shè)計(jì)。本發(fā)明用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法包括下述步驟：將氣體監(jiān)測曲線分段，取每段中的一點(diǎn)為分段點(diǎn)，對分段點(diǎn)求導(dǎo)得到一階導(dǎo)數(shù)值；根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)值得到最大值和最小值，確定波谷位置；將所得波谷位置處的前段信號和后段信號進(jìn)行拼接、擬合得到直線，替代波谷；對去波谷曲線進(jìn)行直線擬合；在基底線上減去原曲線得到僅含有波谷的曲線，得到吸收峰的峰值。本發(fā)明用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法準(zhǔn)確測量計(jì)算了吸收光譜峰值，適合于氣體吸收譜波谷峰值的計(jì)算。
【專利說明】用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，尤其是涉及一種用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體吸收光譜測量技術(shù)是高精度氣體濃度測量的主流技術(shù)，其中，較常用的是采用TDLAS (可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜)的氣體測量方法。
[0003]TDLAS技術(shù)通常由發(fā)射激光的光源模塊、解調(diào)模塊、以及作為氣體監(jiān)測傳感頭的吸收氣室來實(shí)現(xiàn)。解調(diào)模塊將接收的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，吸收氣室探測外界氣體濃度含量，最終得到氣體濃度。
[0004]吸收氣室一般由對射方式或反射方式構(gòu)成。反射方式容易產(chǎn)生干涉信號并疊加在吸收峰曲線圖上，即產(chǎn)生一系列余弦曲線與含有“波谷”的曲線疊加。常規(guī)的信號處理算法，例如直接直線擬合方法、或取端點(diǎn)兩頭進(jìn)行直線擬合計(jì)算算法，均受“波谷”及干涉曲線影響，造成“波谷”的峰值計(jì)算不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響計(jì)算氣體濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種能準(zhǔn)確測量計(jì)算吸收光譜峰值的用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種簡便的用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法。
[0007]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，所述方法包括下述步驟:
[0009]步驟1.將氣體監(jiān)測曲線每隔N個(gè)點(diǎn)分為一段，取每段中的第i點(diǎn)為分段點(diǎn)，對所述分段點(diǎn)求導(dǎo)得到一階導(dǎo)數(shù)值；其中，N為正整數(shù)，i為小于N的正整數(shù)；
[0010]步驟2.根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)值得到最大值和最小值，確定波谷位置；
[0011]步驟3.將所得波谷位置處的前段信號和后段信號進(jìn)行拼接，將拼接線之間的間隔作為修正值形成連接曲線，對所述連接曲線進(jìn)行直線擬合，擬合得到的直線為波谷替代直線；
[0012]步驟4.將波谷前段信號、所述波谷替代直線以及波谷后段信號組合成去波谷曲線，對所述去波谷曲線進(jìn)行直線擬合；
[0013]步驟5.將擬合所得直線作為基底線，在所述基底線上減去原曲線，得到僅含有波谷的曲線，對該曲線求極值得到吸收峰的峰值。
[0014]特別是，在步驟I中N值為10。
[0015]特別是，在步驟I中i值為I。
[0016]特別是，在步驟2中波谷的位置始于最小值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段前50個(gè)點(diǎn)、終于最大值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段后50個(gè)點(diǎn)。
[0017]本發(fā)明用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法采用信號修正補(bǔ)償算法，通過分段求導(dǎo)、去“波谷”、曲線補(bǔ)償、直線擬合、以及求“波谷”峰值五個(gè)步驟準(zhǔn)確地測量計(jì)算吸收光譜峰值。采用離散數(shù)據(jù)分段擬合求導(dǎo)的方法，可更為準(zhǔn)確地反映出“波谷”位置處的斜率變化；采用曲線擬合方法將去除掉的“波谷”位置采用直線擬合替代，再進(jìn)行直線擬合，提高了直線擬合的準(zhǔn)確度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一流程圖；
[0019]圖2是現(xiàn)有直接擬合處理方法得到的基底線和直接曲線的關(guān)系；
[0020]圖3是使用本發(fā)明擬合處理方法得到的基底線和直接曲線的關(guān)系；
[0021]圖4是在基底線上減去原曲線后得到僅含有波谷的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0023]優(yōu)選實(shí)施例一:
[0024]如圖1所示，本優(yōu)選實(shí)施例提供一種用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，該方法主要包括分段求導(dǎo)、去“波谷”、曲線補(bǔ)償、直線擬合、以及求“波谷”峰值等五個(gè)步驟。
[0025]將含有波谷及干涉信號的數(shù)據(jù)每10個(gè)點(diǎn)分為一段，取每段的第一個(gè)點(diǎn)為分段點(diǎn)。對這些分段點(diǎn)進(jìn)行求導(dǎo)，得到整體曲線的分段求導(dǎo)值。
[0026]對離散數(shù)據(jù)直接求導(dǎo)得不到關(guān)于曲線變化斜率的信息，因此采用分段數(shù)據(jù)法。即，從數(shù)據(jù)中每10個(gè)點(diǎn)抽取一個(gè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)組成新的曲線，再進(jìn)行求導(dǎo)。采用該方法可以得到曲線的大致趨勢，當(dāng)“波谷”出現(xiàn)時(shí)，一階導(dǎo)數(shù)將出現(xiàn)變小到最小值，然后變大到最大值的過程，因此尋找一階導(dǎo)數(shù)中的最小值與最大值可用于判斷“波谷”位置。
[0027]“波谷”位置應(yīng)大于一階導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)最大值、最小值的范圍。根據(jù)數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)，“波谷”位置位于從最小值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段前50個(gè)點(diǎn)至最大值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段后50個(gè)點(diǎn)，按照此方法選取的“波谷”基本涵蓋數(shù)據(jù)曲線實(shí)際“波谷”。
[0028]將該段曲線去除掉后，還需考慮由干涉信號干擾造成的影響。干涉信號會產(chǎn)生余弦波形疊加在數(shù)據(jù)曲線上，若使用直線擬合的方法則形成一條穿過余弦波形中心的直線。因此需要尋找到一條合適的直線以避免干涉信號造成的干擾，即，需要進(jìn)行曲線擬合。首先將“波谷”前段信號與“波谷”后段信號進(jìn)行拼接，拼接時(shí)兩條曲線會出現(xiàn)間隔；然后將間隔作為修正，減去后段曲線，形成連接的曲線；最后對新曲線進(jìn)行直線擬合，該直線作為擬合“波谷”替代直線。
[0029]將“波谷”前段信號、“波谷”替代直線與“波谷”后段信號組合成新的不含“波谷”的曲線，對該曲線再進(jìn)行直線擬合。根據(jù)試驗(yàn)，采用直接直線擬合算法處理，當(dāng)出現(xiàn)“波谷”及干涉信號干擾時(shí)得到的基底如圖2所示，造成直線偏離實(shí)際基底位置，減小了 “波谷”峰值，降低了氣體濃度；采用本發(fā)明的算法處理后得到的基底如圖3所示，該直線基底與實(shí)際相符，可準(zhǔn)確的得到峰值，得出準(zhǔn)確的氣體濃度。[0030]根據(jù)擬合的直線作為曲線基底，減去原曲線，得到只含“波谷”的曲線，如圖4所示，求其極值，即吸收峰的峰值。
[0031]本優(yōu)選實(shí)施例用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法通過分段求導(dǎo)、去“波谷”、曲線補(bǔ)償、直線擬合、以及求“波谷”峰值五個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)了精確測量計(jì)算吸收光譜峰值的目的。相比直接直線擬合算法，本發(fā)明算法減小誤差達(dá)15%-25%。
[0032]優(yōu)選實(shí)施例二:
[0033]本優(yōu)選實(shí)施例提供一種用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，該方法所包括的基本步驟與優(yōu)選實(shí)施例一相同，都是包括分段求導(dǎo)、去“波谷”、曲線補(bǔ)償、直線擬合、以及求“波谷”峰值五個(gè)步驟。
[0034]區(qū)別之處在于:在將氣體監(jiān)測曲線分段時(shí)所間隔的點(diǎn)數(shù)不限于10個(gè)點(diǎn)，可以根據(jù)具體需求而確定點(diǎn)數(shù)；在每段中確定分段點(diǎn)時(shí)也不限于取第一個(gè)點(diǎn)，段內(nèi)任何點(diǎn)均可。在確定波谷的位置時(shí)，始于最小值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段前X個(gè)點(diǎn)、終于最大值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段后Y個(gè)點(diǎn)，X和Y不限于相同且不限于為50，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: 步驟1.將氣體監(jiān)測曲線每隔N個(gè)點(diǎn)分為一段，取每段中的第i點(diǎn)為分段點(diǎn)，對所述分段點(diǎn)求導(dǎo)得到一階導(dǎo)數(shù)值；其中，N為正整數(shù)，i為小于N的正整數(shù)； 步驟2.根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)值得到最大值和最小值，確定波谷位置； 步驟3.將所得波谷位置處的前段信號和后段信號進(jìn)行拼接，將拼接線之間的間隔作為修正值形成連接曲線，對所述連接曲線進(jìn)行直線擬合，擬合得到的直線為波谷替代直線.步驟4.將波谷前段信號、所述波谷替代直線以及波谷后段信號組合成去波谷曲線，對所述去波谷曲線進(jìn)行直線擬合； 步驟5.將擬合所得直線作為基底線，在所述基底線上減去原曲線，得到僅含有波谷的曲線，對該曲線求極值得到吸收峰的峰值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，其特征在于，在步驟I中N值為10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，其特征在于，在步驟I中i值為I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體監(jiān)測干涉信號干擾下的信號修正補(bǔ)償計(jì)算方法，其特征在于，在步驟2中波谷的位置始于最小值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段前50個(gè)點(diǎn)、終于最大值出現(xiàn)的數(shù)據(jù)段后50個(gè)點(diǎn)。
【文檔編號】G01N21/39GK103543126SQ201310527059
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】李剛, 常洋, 姚曉永, 寧召科 申請人:北京航天易聯(lián)科技發(fā)展有限公司