CN105352866B - 基于氙灯灯源的光谱数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，通过在非吸收紫外波段内，选取原始灯光谱的波峰点Lamp_Peak，并与在吸收光谱的对应频率选取波峰点absorb_Peak联立求出比例系数K，利用出比例系数K处理原始灯光谱获得新的灯光谱，避免光源重复性较差、光谱数据跳动大的缺陷，提高灯光谱的准确性，消除光源对测量结果的影响，将光源处理后的数据再进行算法运算，减小浓度测量结果的跳动，保证SO2和NO浓度测量值稳定。
Description
技术领域
本发明涉及烟气浓度测量领域，具体涉及一种基于氙灯灯源的光谱数据处理方法。
背景技术
在基于紫外差分算法(DOAS，Differential Optical Absorption Spectroscopy)的气体分析仪中，光源是其重要的组成部分，脉冲式氙灯光源，具有寿命高、发热量小的特点，更成为当前的主流灯源；在基于紫外差分算法的气体分析仪中，主要用于测量SO2和氮氧化物的气体浓度，在DOAS算法中，计算气体浓度时，需要使用到氙灯光源的光谱强度Ilamp(没有吸收气体时的浓度)和吸收光谱强度Iabsorb(有吸收气体时的光谱强度)做相关运算；而现有技术中，在当前的主流算法中，由于灯光谱是不能实时测量，因此对于光源的原始光谱强度Ilamp使用的是固定值，默认为光谱的原始光强是不变的。但是在实际的应用过程中，由于氙灯光源自身的特性，脉冲式氙灯光源是闪烁式光源，氙灯光源每次闪烁发光的强度是不同的，光源重复性较差，在相同的测量环境下，光源重复性也较差，其光谱数据跳动大，对测量结果的跳动影响较大。
因此，为解决以上问题，需要一种基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，能够消除光源对测量结果的影响，将光源处理后的数据再进行算法运算，减小浓度测量结果的跳动。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，能够消除光源对测量结果的影响，将光源处理后的数据再进行算法运算，减小浓度测量结果的跳动。
本发明的基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，包括如下步骤：
a.存储一组原始的灯光谱Ilamp，在一非吸收紫外波段内选取一个波峰点，记为Lamp_Peak；
b.取吸收光谱Iabsorb，在吸收光谱Iabsorb中取出步骤a中Lamp_Peak对应频率的波峰点absorb_Peak；
c.利用下式求得比例系数K：
K＝absorb_Peak/Lamp_Peak；
d.修正灯光谱Ilamp，将原始的灯光普Ilamp中的每一个点的光强值乘以系数K，求得新的灯光谱
e.将新的灯光谱和吸收光谱Iabsorb代入DOAS运算中，求得烟气中SO2和NO的浓度值；
其中，非吸收紫外波段表示SO2和NO均不吸收此波段内的光。
进一步，所述非吸收紫外波段为240-270nm。
进一步，步骤a中，在非吸收紫外波段内选取三个波峰点，分别记为Lamp_Peak1、Lamp_Peak2和Lamp_Peak3，并对这三个点的光谱强度求和，记为Sum_Lamp_Peak；步骤b中，在吸收光谱Iabsorb中取出分别对应频率的三个波峰点，记为absorb_Peak1、absorb_Peak2和absorb_Peak3，计算吸收光谱中这三个点的光强和，记为Sum_absorb_Peak，则步骤c中，K＝Sum_absorb_Peak/Sum_Lamp_Peak。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，通过在非吸收紫外波段内，选取原始灯光谱的波峰点Lamp_Peak，并与在吸收光谱的对应频率选取波峰点absorb_Peak联立求出比例系数K，利用出比例系数K处理原始灯光谱获得新的灯光谱，避免光源重复性较差、光谱数据跳动大的缺陷，提高灯光谱的准确性，消除光源对测量结果的影响，将光源处理后的数据再进行算法运算，减小浓度测量结果的跳动，保证SO2和NO浓度测量值稳定。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明中处理流程图；
图2为本发明中分别对100组标准100ppm的SO2气体的光学厚度测试结果图。
具体实施方式
图1为本发明中处理流程图，图2为本发明中分别对100组标准100ppm的SO2气体的光学厚度测试结果图，其中(a)图为未经本发明方法处理的数据，(b)为经过本发明方法处理后的数据，(a)和(b)中的纵坐标表示标准100ppm的SO2气体的光学厚度，横坐标表示使用的290—310nm波段内的顺序取点数；如图所示，本实施例中的基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，包括如下步骤：
包括如下步骤：
a.存储一组原始的灯光谱Ilamp，在一非吸收紫外波段内选取一个波峰点，记为Lamp_Peak；
b.取吸收光谱Iabsorb，在吸收光谱Iabsorb中取出步骤a中Lamp_Peak对应频率的波峰点absorb_Peak；
c.利用下式求得比例系数K：
K＝absorb_Peak/Lamp_Peak；
d.修正灯光谱Ilamp，将原始的灯光普Ilamp中的每一个点的光强值乘以系数K，求得新的灯光谱
e.将新的灯光谱和吸收光谱Iabsorb代入DOAS运算中，求得烟气中SO2和NO的浓度值；
其中，非吸收紫外波段表示SO2和NO均不吸收此波段内的光；通过在非吸收紫外波段内，选取原始灯光谱的波峰点Lamp_Peak，并与在吸收光谱的对应频率选取波峰点absorb_Peak联立求出比例系数K，利用出比例系数K处理原始灯光谱获得新的灯光谱，避免光源重复性较差、光谱数据跳动大的缺陷，提高灯光谱的准确性，消除光源对测量结果的影响，将光源处理后的数据再进行算法运算，减小浓度测量结果的跳动，保证SO2和NO浓度测量值稳定。
本实施例中，所述非吸收紫外波段为240-270nm；在240-270nm波段内，SO2和NO均步吸收此波段内的光，避免SO2和NO吸收对光谱数据处理造成干扰，保证处理过程的准确性。
本实施例中，步骤a中，在非吸收紫外波段内选取三个波峰点，分别记为Lamp_Peak1、Lamp_Peak2和Lamp_Peak3，并对这三个点的光谱强度求和，记为Sum_Lamp_Peak；步骤b中，在吸收光谱Iabsorb中取出分别对应频率的三个波峰点，记为absorb_Peak1、absorb_Peak2和absorb_Peak3，计算吸收光谱中这三个点的光强和，记为Sum_absorb_Peak，则步骤c中，K＝Sum_absorb_Peak/Sum_Lamp_Peak；选择三个波峰点能够避免单个波峰点不稳定造成误差，提高原始灯光谱处理结果的稳定性，提高浓度测量的稳定性，并且运算简单，处理响应快。
如图二所示，可以看出，经本发明中光谱数据处理方法处理后，光学厚度数据有效减小了的波动性(其中光学厚度等于ln(I0/I)，I0为初始光强，I烟气吸收后的光强)，利于基于DOAS算法和最小二乘法求得的SO2和NO浓度测量结果的稳定性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，其特征在于：
a.存储一组原始的灯光谱Ilamp，在一非吸收紫外波段内选取一个波峰点，记为Lamp_Peak；
b.取吸收光谱Iabsorb，在吸收光谱Iabsorb中取出步骤a中Lamp_Peak对应频率的波峰点absorb_Peak；
c.利用下式求得比例系数K：
K＝absorb_Peak/Lamp_Peak；
d.修正灯光谱Ilamp，将原始的灯光普Ilamp中的每一个点的光强值乘以系数K，求得新的灯光谱INewlamp；
e.将新的灯光谱INewlamp和吸收光谱Iabsorb代入DOAS运算中，求得烟气中SO2和NO的浓度值；
其中，非吸收紫外波段表示SO2和NO均不吸收此波段内的光。
2.根据权利要求1所述的基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，其特征在于：所述非吸收紫外波段为240-270nm。
3.一种基于氙灯灯源的光谱数据处理方法，其特征在于:步骤a中，存储一组原始的灯光谱Ilamp，在非吸收紫外波段内选取三个波峰点，分别记为Lamp_Peak1、Lamp_Peak2和Lamp_Peak3，并对这三个点的光谱强度求和，记为Sum_Lamp_Peak；步骤b中，取吸收光谱Iabsorb，在吸收光谱Iabsorb中取出步骤a中Lamp_Peak1、Lamp_Peak2和Lamp_Peak3分别对应频率的三个波峰点，记为absorb_Peak1、absorb_Peak2和absorb_Peak3，计算吸收光谱中这三个点的光强和，记为Sum_absorb_Peak；步骤c中利用下式求得比例系数K1，K1＝Sum_absorb_Peak/Sum_Lamp_Peak；d.修正灯光谱Ilamp，将原始的灯光普Ilamp中的每一个点的光强值乘以系数K1，求得新的灯光谱INewlamp；e.将新的灯光谱INewlamp和吸收光谱Iabsorb代入DOAS运算中，求得烟气中SO2和NO的浓度值；其中，非吸收紫外波段表示SO2和NO均不吸收此波段内的光。
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