CN103543126A - 用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，属于气体吸收光谱测量技术领域，为解决现有方法测量计算精度差的问题而设计。本发明用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法包括下述步骤：将气体监测曲线分段，取每段中的一点为分段点，对分段点求导得到一阶导数值；根据一阶导数值得到最大值和最小值，确定波谷位置；将所得波谷位置处的前段信号和后段信号进行拼接、拟合得到直线，替代波谷；对去波谷曲线进行直线拟合；在基底线上减去原曲线得到仅含有波谷的曲线，得到吸收峰的峰值。本发明用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法准确测量计算了吸收光谱峰值，适合于气体吸收谱波谷峰值的计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号修正补偿计算方法，尤其是涉及一种用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法。
背景技术
气体吸收光谱测量技术是高精度气体浓度测量的主流技术，其中，较常用的是采用TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱）的气体测量方法。
TDLAS技术通常由发射激光的光源模块、解调模块、以及作为气体监测传感头的吸收气室来实现。解调模块将接收的光信号进行光电转换后进行数据处理，吸收气室探测外界气体浓度含量，最终得到气体浓度。
吸收气室一般由对射方式或反射方式构成。反射方式容易产生干涉信号并叠加在吸收峰曲线图上，即产生一系列余弦曲线与含有“波谷”的曲线叠加。常规的信号处理算法，例如直接直线拟合方法、或取端点两头进行直线拟合计算算法，均受“波谷”及干涉曲线影响，造成“波谷”的峰值计算不准确，进而影响计算气体浓度。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种能准确测量计算吸收光谱峰值的用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法。
本发明的另一个目的是提出一种简便的用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，所述方法包括下述步骤：
步骤1.将气体监测曲线每隔N个点分为一段，取每段中的第i点为分段点，对所述分段点求导得到一阶导数值；其中，N为正整数，i为小于N的正整数；
步骤2.根据一阶导数值得到最大值和最小值，确定波谷位置；
步骤3.将所得波谷位置处的前段信号和后段信号进行拼接，将拼接线之间的间隔作为修正值形成连接曲线，对所述连接曲线进行直线拟合，拟合得到的直线为波谷替代直线；
步骤4.将波谷前段信号、所述波谷替代直线以及波谷后段信号组合成去波谷曲线，对所述去波谷曲线进行直线拟合；
步骤5.将拟合所得直线作为基底线，在所述基底线上减去原曲线，得到仅含有波谷的曲线，对该曲线求极值得到吸收峰的峰值。
特别是，在步骤1中N值为10。
特别是，在步骤1中i值为1。
特别是，在步骤2中波谷的位置始于最小值出现的数据段前50个点、终于最大值出现的数据段后50个点。
本发明用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法采用信号修正补偿算法，通过分段求导、去“波谷”、曲线补偿、直线拟合、以及求“波谷”峰值五个步骤准确地测量计算吸收光谱峰值。采用离散数据分段拟合求导的方法，可更为准确地反映出“波谷”位置处的斜率变化；采用曲线拟合方法将去除掉的“波谷”位置采用直线拟合替代，再进行直线拟合，提高了直线拟合的准确度。
附图说明
图1是本发明优选实施例一流程图；
图2是现有直接拟合处理方法得到的基底线和直接曲线的关系；
图3是使用本发明拟合处理方法得到的基底线和直接曲线的关系；
图4是在基底线上减去原曲线后得到仅含有波谷的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
优选实施例一：
如图1所示，本优选实施例提供一种用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，该方法主要包括分段求导、去“波谷”、曲线补偿、直线拟合、以及求“波谷”峰值等五个步骤。
将含有波谷及干涉信号的数据每10个点分为一段，取每段的第一个点为分段点。对这些分段点进行求导，得到整体曲线的分段求导值。
对离散数据直接求导得不到关于曲线变化斜率的信息，因此采用分段数据法。即，从数据中每10个点抽取一个点，将这些点组成新的曲线，再进行求导。采用该方法可以得到曲线的大致趋势，当“波谷”出现时，一阶导数将出现变小到最小值，然后变大到最大值的过程，因此寻找一阶导数中的最小值与最大值可用于判断“波谷”位置。
“波谷”位置应大于一阶导数出现最大值、最小值的范围。根据数据处理经验，“波谷”位置位于从最小值出现的数据段前50个点至最大值出现的数据段后50个点，按照此方法选取的“波谷”基本涵盖数据曲线实际“波谷”。
将该段曲线去除掉后，还需考虑由干涉信号干扰造成的影响。干涉信号会产生余弦波形叠加在数据曲线上，若使用直线拟合的方法则形成一条穿过余弦波形中心的直线。因此需要寻找到一条合适的直线以避免干涉信号造成的干扰，即，需要进行曲线拟合。首先将“波谷”前段信号与“波谷”后段信号进行拼接，拼接时两条曲线会出现间隔；然后将间隔作为修正，减去后段曲线，形成连接的曲线；最后对新曲线进行直线拟合，该直线作为拟合“波谷”替代直线。
将“波谷”前段信号、“波谷”替代直线与“波谷”后段信号组合成新的不含“波谷”的曲线，对该曲线再进行直线拟合。根据试验，采用直接直线拟合算法处理，当出现“波谷”及干涉信号干扰时得到的基底如图2所示，造成直线偏离实际基底位置，减小了“波谷”峰值，降低了气体浓度；采用本发明的算法处理后得到的基底如图3所示，该直线基底与实际相符，可准确的得到峰值，得出准确的气体浓度。
根据拟合的直线作为曲线基底，减去原曲线，得到只含“波谷”的曲线，如图4所示，求其极值，即吸收峰的峰值。
本优选实施例用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法通过分段求导、去“波谷”、曲线补偿、直线拟合、以及求“波谷”峰值五个步骤，实现了精确测量计算吸收光谱峰值的目的。相比直接直线拟合算法，本发明算法减小误差达15%-25%。
优选实施例二：
本优选实施例提供一种用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，该方法所包括的基本步骤与优选实施例一相同，都是包括分段求导、去“波谷”、曲线补偿、直线拟合、以及求“波谷”峰值五个步骤。
区别之处在于：在将气体监测曲线分段时所间隔的点数不限于10个点，可以根据具体需求而确定点数；在每段中确定分段点时也不限于取第一个点，段内任何点均可。在确定波谷的位置时，始于最小值出现的数据段前X个点、终于最大值出现的数据段后Y个点，X和Y不限于相同且不限于为50，可以根据具体情况进行设定。
Claims (4)
1.一种用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤1.将气体监测曲线每隔N个点分为一段，取每段中的第i点为分段点，对所述分段点求导得到一阶导数值；其中，N为正整数，i为小于N的正整数；
步骤2.根据一阶导数值得到最大值和最小值，确定波谷位置；
步骤3.将所得波谷位置处的前段信号和后段信号进行拼接，将拼接线之间的间隔作为修正值形成连接曲线，对所述连接曲线进行直线拟合，拟合得到的直线为波谷替代直线；
步骤4.将波谷前段信号、所述波谷替代直线以及波谷后段信号组合成去波谷曲线，对所述去波谷曲线进行直线拟合；
步骤5.将拟合所得直线作为基底线，在所述基底线上减去原曲线，得到仅含有波谷的曲线，对该曲线求极值得到吸收峰的峰值。
2.根据权利要求1所述的用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，其特征在于，在步骤1中N值为10。
3.根据权利要求1所述的用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，其特征在于，在步骤1中i值为1。
4.根据权利要求1所述的用于气体监测干涉信号干扰下的信号修正补偿计算方法，其特征在于，在步骤2中波谷的位置始于最小值出现的数据段前50个点、终于最大值出现的数据段后50个点。
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