[发明专利]一种低浓度紫外差分气体分析仪的数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及紫外差分吸收光谱技术领域，特别是涉及一种低浓度紫外差分气体分析仪的数据处理算法

背景技术

低浓度紫外气体分析仪主要用于测量气体的浓度值，广泛用于大气污染监测、固定污染源监测、火山气体监测等。紫外差分气体分析仪的原理是差分吸收光谱技术。

差分吸收光谱技术是一种基于光谱分析的气体浓度测量方法，其基本原理是用选定波长的光照射被测气体，测定其吸收度，再根据吸收光度计算被测气体的浓度。计算光度的理论依据是光的朗伯-比尔定律：当入射光的波长、物质的浓度及温度一定时，物质的吸收度同式样的厚度成正比。

目前紫外差分气体分析仪测量SO₂的浓度时，其数据处理算法是以270～320nm波段内的数据作为光学参量计算区域这样只能测量高浓度气体浓度值，对于低浓度气体的测量可靠性非常低。

因此，提高低浓度紫外差分气体分析仪的监测精度是本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低浓度差分气体分析仪的数据处理方法，用以解决低浓度气体的浓度监测可靠性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低浓度紫外差分气体分析仪的数据处理方法，包括：

光谱仪暗噪音累加多次取平均获得光谱仪暗噪声数据；

被测浓度气体光谱数据累加多次取平均获得被测浓度气体源光谱数据；

以所述光谱仪暗噪声数据对所述被测气体源光谱数据进行补偿修正，获得目标光谱数据；

利用平滑算法对目标数据进行预处理，得到光谱有效数据；

利用紫外差分吸收光谱法计算光谱有效数据对应的被测气体光学参量；

根据标准气体浓度与对应光学参量确定的曲线分段式计算被测气体浓度值。

进一步地，所述光谱仪暗噪音累加多次取平均用于修正测量过程中的随机误差，所述谱仪暗噪音数据对所述被测气体源光谱数据进行补偿修正，获得目标光谱数据具体包括：

利用公式得到所述被测浓度气体源光谱数据与所述光谱仪暗噪声数据的差值，即目标光谱数据，

其中，I_O′(λ)为差值，亦即目标光谱数据；为所述被测浓度气体源光谱数据；为所述光谱仪暗噪声数据；

进一步地，所述平滑算法包括移动窗口拟合多项式平滑算法或小波平滑算法等可以有效去除数据中存在的噪声来提高光谱的信噪比。

进一步地，还包括被测气体中不同组分的光学参量获取过程包含数据拟合方法和光学参量计算方法。

进一步地，所述的数据拟合方法和光学参量计算方法具体包括：

截取所述的低浓度气体吸收光谱170～230nm波段数据作为计算区域；

截取上述计算区域的NO吸收光谱作为NO光学参量计算区域，剩余数据作为SO₂光学参量计算区域；

对SO₂光学参量计算区域采用傅立叶逼近方法获得SO₂的拟合曲线；

通过NO的吸收光谱和SO₂的拟合曲线得到NO的差分吸收光谱，选取226nm左右完整的差分吸收光谱计算NO的光学参量；

通过SO₂的吸收光谱和其拟合曲线得到SO₂的差分吸收光谱，抓取被NO吸收光谱分割开的一段幅值变化最明显的差分吸收光谱计算SO₂的光学参量。

进一步地，根据标准气体浓度与对应光学参量确定的曲线计算被测气体浓度值为标准气体浓度与对应光学参量确定的曲线。

进一步地，所述标准气体浓度与对应光学参量确定曲线具体包括：

利用所述紫外差分气体吸收光谱计算低浓度标准气体的光学参量OP_l；

利用所述紫外差分气体吸收光谱计算中浓度标准气体的光学参量OP_m；

利用所述紫外差分气体吸收光谱计算高浓度标准气体的光学参量OP_h；

以光学参量为横坐标，浓度值为纵坐标建立坐标系；

将所述光学参量和浓度值对应至坐标系中做多项式拟合可确定曲线。

进一步地，在根据标准气体浓度与对应光学参量确定的曲线计算被测气体浓度值中，低浓度标准气体浓度为40mg/m³；中浓度标准气体浓度为100mg/m³，高浓度标准气体为160mg/m³。