[发明专利]一种基于DOAS的气体浓度反演方法

说明书

本发明公开了一种基于DOAS的气体浓度反演方法，采集无光情况下的暗噪声光谱；采集多组原始光谱和被测气体的多组透射光谱并分别求平均值；利用原始光谱平均值和暗噪声光谱计算得到目标原始光谱，利用透射光谱平均值和暗噪声光谱计算得到目标透射光谱；通过目标原始光谱和目标透射光谱计算得到吸收光谱；利用吸收光谱拟合得到吸收光谱拟合曲线，利用吸收光谱拟合曲线计算得宽带吸收截面；通过吸收光谱和宽带吸收截面，计算差分吸收截面，得到差分吸收光谱；根据差分吸收光谱计算得到被测气体对应的光学参量；通过被测气体对应的光学参量拟合得到被测气体的体浓度曲线。本发明能够在保证气体浓度的测量精度的同时能够在降低测量系统成本。

技术领域

本发明涉及气体分析领域，具体涉及一种基于DOAS的气体浓度反演方法。

背景技术

差分吸收光谱技术(DOAS)由于测量原理简单，响应快，可实现实时测量等优点，广泛应用于气体浓度测量系统中。近年来，紫外气体分析仪广泛应用于气体浓度测量，特别是针对于大气污染检测和固定污染源监测中的二氧化硫和一氧化氮等的气体浓度测量，其气体测量系统主要由紫外光源(一般为脉冲氙灯或连续氘灯)，吸收气室，光谱仪组成。这些气体分析仪测量系统的所应用的方法就是差分吸收光谱技术(DOAS)。但是对于低浓度、短光程的气体分析仪来说，由于光源的重复性和线性较差，被测气体浓度低，吸收池光程较小等原因，导致光谱仪检测到的光谱信号信噪比低，其测量误差较大。但是提高光源性能或增加光程或使用高精度的光谱仪会导致测量系统整体成本增加。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法的不足，提供一种基于DOAS的气体浓度反演方法，在保证气体浓度的测量精度的同时能够在降低测量系统成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于DOAS的气体浓度反演方法，包括如下过程：

采集无光情况下的暗噪声光谱；采集多组原始光谱和被测气体的多组透射光谱，对所采集的多组原始光谱和被测气体的多组透射光谱分别求平均值；

利用原始光谱平均值和暗噪声光谱计算得到目标原始光谱，利用透射光谱平均值和暗噪声光谱计算得到目标透射光谱；

通过目标原始光谱和目标透射光谱计算得到吸收光谱；

利用吸收光谱拟合得到吸收光谱拟合曲线，利用吸收光谱拟合曲线计算得宽带吸收截面；

通过吸收光谱和宽带吸收截面，计算差分吸收截面，得到差分吸收光谱；

根据差分吸收光谱计算得到被测气体对应的光学参量；

通过被测气体对应的光学参量拟合得到被测气体的体浓度曲线。

优选的，利用原始光谱平均值和暗噪声光谱计算得到目标原始光谱的过程包括：

用原始光谱平均值减去暗噪声光谱，得到目标原始光谱数据；

在目标原始光谱数据中截取出被测气体特征吸收峰所对应的光谱数据区域；

对截取的被测气体特征吸收峰所对应的光谱数据区域通过平滑算法进行处理，得到目标原始光谱。

优选的，利用透射光谱平均值和暗噪声光谱计算得到目标透射光谱的过程包括：

用透射光谱平均值减去暗噪声光谱，得到目标透射光谱数据；

在目标透射光谱数据中截取出被测气体特征吸收峰所对应的光谱数据区域；

对截取的被测气体特征吸收峰所对应的光谱数据区域通过平滑算法进行处理，得到目标透射光谱。

优选的，所述平滑算法包括五点三次平滑算法或小波平滑算法。

优选的，吸收光谱如下：