发明内容
本发明的目的是提供一种红外检测池的切换方法、装置、设备以及计算机可读存储介质,能够有效确定红外池切换的准确时间,提升红外吸收法检测粒子数量的准确度。
为解决上述技术问题,本发明提供一种红外检测池的切换方法,包括:
当待测气体通入红外池时,采集所述红外池中的红外传感器在按照预定时间间隔测得的感应电信号;其中,所述待测气体为包含有可吸收红外能量的特定组分的气体;
根据当前感应电信号,获得当前时刻所述红外池中所述特定组分的当前粒子数;
根据所述当前粒子数结合在当前时刻之前各次测得的所述特定组分的历史粒子数,获得当前时刻对应的所述特定组分的当前瞬时粒子数;其中,所述瞬时粒子数为当前测量时刻和上一次测量的测量时刻向所述红外池入口流入的所述特定组分的粒子数;
判断所述当前瞬时粒子数的大小是否在预设粒子数范围内,若是,则切换对所述待测气体进行测量的红外池。
可选地,根据所述当前粒子数结合在当前时刻之前各次测得的所述特定组分的历史粒子数,获得当前时刻对应的所述特定组分的当前瞬时粒子数,包括:
根据每次测量的瞬时粒子数公式:确定当前瞬时粒子数,其中,ni、ni-p分别为第i次和第i-p次测量对应的瞬时粒子数,Ni、Ni-1分别为第i次和第i-1次测得的粒子数;且/>L为所述红外池的池长,v为所述待测气体流入所述红外池中的流速,t为所述红外传感器相邻两次测量感应信号的时间间隔。
可选地,根据当前感应电信号,获得当前时刻所述红外池中所述特定组分的当前粒子数,包括:
根据预先标定的第一对应关系和各个所述当前感应信号的大小,确定所述当前感应信号对应的吸收系数;其中,所述吸收系数为所述红外池中所述特定组分的粒子数和所述吸收系数之间比例系数,所述第一对应关系为所述吸收系数随所述红外传感器测得的感应信号变化的关系;
结合所述当前感应信号和所述吸收系数以及预先确定的第二对应关系,确定所述当前感应信号对应的所述特定组分的当前粒子数;其中,所述第二对应关系为所述红外池中红外传感器测得的感应信号和所述特定组分的粒子数之间满足的对应关系,所述吸收系数为所述第二对应关系中的比例系数。
可选地,预先标定所述第一对应关系的过程,包括:
采集所述红外池中所述特定组分为不同标定粒子数量时对应的各个标定感应信号,其中各个所述标定粒子数量为由0至饱和粒子数量范围内的多个不同的粒子数量;
根据各个所述标定感应信号和对应的各个所述标定粒子数,结合所述第二对应关系,确定所述第一对应关系。
可选地预先所述第二对应关系的过程包括:
采集所述红外池中所述特定组分的粒子数量为零时所述红外探测器测得的零点感应信号u0;
采集所述红外池中所述特定组分的粒子数量为饱和粒子数量Ns对应的饱和感应信号us;
根据基于朗伯比尔定律获得的关系式结合所述零点感应信号u0、饱和粒子数量Ns以及饱和感应信号us,获得所述第二对应关系式:/>其中,α为所述感应信号ui对应的吸收系数。
可选地,还包括:
当所述待测气体完全通入所述红外池中之后,将各次测量对应的瞬时粒子数进行累加运算,获得所述待测气体中所述特定粒子的总粒子数。
本申请还提供了一种红外检测池的切换装置,包括:
采集模块,用于当待测气体通入红外池时,采集所述红外池中的红外传感器在按照预定时间间隔测得的感应电信号;其中,所述待测气体为包含有可吸收红外能量的特定组分的气体;
第一运算模块,用于根据当前感应电信号,获得当前时刻所述红外池中所述特定组分的当前粒子数;
第二运算模块,用于根据所述当前粒子数结合在当前时刻之前各次测得的所述特定组分的历史粒子数,获得当前时刻对应的所述特定组分的当前瞬时粒子数;其中,所述瞬时粒子数为当前测量时刻和上一次测量的测量时刻向所述红外池入口流入的所述特定组分的粒子数;
判断模块,用于判断所述当前瞬时粒子数的大小是否在预设粒子数范围内,若是,则切换对所述待测气体进行测量的红外池。
本申请还提供了一种红外检测池的切换设备,包括红外池、设于所述红外池内的红外传感器、和所述红外传感器相连接的处理器;
其中,所述红外传感器用于检测所述红外池中通入带有特定组分的待测气体时,所述红外池中的红外能量,产生相应的感应信号;
所述处理器和所述红外传感器相连接,用于根据所述感应信号执行实现如上任一项所述红外检测池的切换方法的步骤。
可选地,所述红外池包括红外高池和红外低池,所述红外高池和所述红外低池的气体入口并联连接。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述红外检测池的切换方法的步骤。
本发明所提供的红外检测池的切换方法,包括当待测气体通入红外池时,采集红外池中的红外传感器在按照预定时间间隔测得的感应电信号;其中,待测气体为包含有可吸收红外能量的特定组分的气体;根据当前感应电信号,获得当前时刻红外池中特定组分的当前粒子数;根据当前粒子数结合在当前时刻之前各次测得的特定组分的历史粒子数,获得当前时刻对应的特定组分的当前瞬时粒子数;其中,瞬时粒子数为当前测量时刻和上一次测量的测量时刻向红外池入口流入的特定组分的粒子数;判断当前瞬时粒子数的大小是否在预设粒子数范围内,若是,则切换对待测气体进行测量的红外池。
本申请中在对特定组分的粒子数进行检测时,则获得每次测量时刻红外池中特定组分的粒子数之后,基于该粒子数获得红外池的入口处新流入的瞬时粒子数,并基于该瞬时粒子数的大小确定是否对红外池进行切换,相对于以红外池中总的粒子数的大小作为判断是否进行红外池切换的依据而言,本申请中的瞬时粒子数更能反映新通入红外池内的粒子浓度的变化,能够更准确的确定出是否需要进行红外池的切换,进而提高红外池检测特定组分的粒子数量的准确性。
本申请还提供了一种红外检测池的切换装置、设备以及计算机可读存储介质,具有上述有益效果。
具体实施方式
在利用红外吸收法进行特定组分的粒子数进行检测时,通入红外池中的气体一般是基于化学反应获得的,例如需要检测某固体物质中碳的含量,需要将该固体物质进行燃烧等化学反应,使得固态碳变为气态的CO2,并将包含有CO2的气体通入到红外池中。但随着化学反应的进程不同,释放CO2的快慢也并不相同,通入到红外池中的CO2 的粒子数也随着化学反应的进行存在波动,在整个化学反应中,CO2 释放的速度大体是先增大后减小,这也就导致从红外池入口通入的气体中特定组分的粒子数先增大后减小。
对于红外池而言在整个测量的过程中,气流是从红外池的入口流入,因为红外池存在一定长度,在初始阶段红外池的出口并不存在流出的气体,在持续通入一段时间后,红外池中应当是保持出口流出气流而入口流入气流的状态。而基于红外探测器检测获得的感应信号获得的粒子数时测量时刻红外池中的粒子数。
该粒子数尽管能够在一定程度上反应粒子数量的大小,但是却也并不能明显反映新通入的气流中粒子数的变化,以该粒子数为依据显然是不准确的,存在一定程度上的滞后性。
为此,本申请中提供了一种红外检测池的切换的技术方案,能够在一定程度上降低红外池切换对检测特定组分粒子数的影响,提高粒子检测结果的准确性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,图1为本申请实施例提供的红外检测池的切换方法的流程示意图,该方法可以包括:
S11:控制待测气体通入红外池时,采集红外池中的红外传感器在按照预定时间间隔测得的感应电信号。
其中,待测气体为包含有可吸收红外能量的特定组分的气体;
S12:根据当前感应电信号,获得当前时刻红外池中特定组分的当前粒子数。
S13:根据当前粒子数结合在当前时刻之前各次测得的特定组分的历史粒子数,获得当前时刻对应的特定组分的当前瞬时粒子数。
其中,瞬时粒子数为当前测量时刻和上一次测量的测量时刻向红外池入口流入的特定组分的粒子数。
需要说明的是,在实际测量过程中相邻两次测量间隔的时长相对较短,尚且不存在从红外池出口流出的待测气体,那么该段时间内新流入红外池的特定组分对应的粒子数,也就相当于瞬时粒子数。
S14:判断当前瞬时粒子数的大小是否在预设粒子数范围内,若否,则切换对待测气体进行测量的红外池,若是,则进入S15。
S15:采集红外传感器新测得的感应信号,并进入S12。
本申请中利用红外池进行特定组分的粒子数量进行检测时,对每次测量时刻对应的瞬时粒子数进行运算,并以瞬时粒子数的大小作为判断是否进行红外池切换的依据。相对于直接以各个测量时刻红外池中特定组分的粒子数为依据判断是否切换红外池而言,因为红外池的出口会存在气体流出,因此红外池入口新流入的气体中特定组分的粒子浓度的变化在整个红外池中的变化波动并不明显,因此直接以红外池中特定组分的粒子数为依据判断是否切换红外池,判断的结果在很大程度上存在滞后性,进而使得判断是否切换红外池的结果准确性低,从而影响红外池检测特定组分的粒子数量的准确性。为此,本申请中基于新流入红外池中的瞬时粒子数确定是否进行红外池的切换,能够确定出更合适的切换时机,避免红外池的切换对例子数量测量产生的干扰,提升测量结果的准确性。
基于上述实施例,在本申请的一种可选地实施例中,在基于红外池中的特定组分的粒子数,获得测量时刻对应的瞬时粒子数的过程可以包括:
根据每次测量的瞬时粒子数公式:确定当前瞬时粒子数,其中,ni、ni-p分别为第i次和第i-p次测量对应的瞬时粒子数,Ni、Ni-1分别为第i次和第i-1次测得的粒子数;且/>L为红外池的池长,v为待测气体流入红外池中的流速,t为红外传感器相邻两次测量感应信号的时间间隔。
可以理解的是,当待测气体通入红外池中的初始阶段,红外池的出口处尚不存在气体流出,那么红外池中相邻两次测量获得的粒子数的差值显然就是新流入的瞬时粒子数。
当红外池的出口存在待测气体流出时,显然,相邻两次测得的红外池中的粒子数之间的差异不仅仅包括新流入的瞬时粒子数,还包括新流出的粒子数。
本实施例中以红外池中气流流速恒定为前提,那么在第i-1次测量时刻至第i次测量时刻新流出的粒子数应当和第i-p次测量对应的流入的瞬时粒子数ni-p,由此,当i≥p时,ni=Ni-Ni-1+ni-p。
当然,在实际运算过程中瞬时粒子数和粒子数之间的转换也可以直接利用转换公式:n=M-1·N,确定各个瞬时粒子数对应的瞬时粒子数列向量其中,转换矩阵: 为各个粒子数量对应的粒子数量列向量,ni为第i次测量对应的瞬时粒子数,Ni为第i次测得的特定组分的粒子数。
该转换矩阵M和瞬时粒子数公式:的运算原理相同,区别仅仅在于表示方式不同,对此不再详细赘述。
基于上述任意实施例,在本申请的另一可选地实施例中,如图2 所示,图2为本实施例提供的确定红外池中特定组分的粒子数的流程示意图,在红外传感器获得感应信号后,根据该感应信号确定红外池中特定组分的粒子数的过程可以包括:
S21:根据预先标定的第一对应关系和各个当前感应信号的大小,确定当前感应信号对应的吸收系数。
其中,吸收系数为红外池中特定组分的粒子数和吸收系数之间比例系数,第一对应关系为吸收系数随红外传感器测得的感应信号变化的关系。
S22:结合当前感应信号和吸收系数以及预先确定的第二对应关系,确定当前感应信号对应的特定组分的当前粒子数。
其中,第二对应关系为红外池中红外传感器测得的感应信号和特定组分的粒子数之间满足的对应关系,吸收系数为第二对应关系中的比例系数。
需要说明的是,在常规的根据红外传感器测得的感应信号确定红外池中的粒子数时,基本是依据朗伯比尔定律公式:I=I0·e-KCL确定特定组分的粒子数。
其中,K为被测气体的红外吸收系数;C为被测气体的浓度;L为红外吸收层的厚度(即池长);I0为红外光源发出的红外能量;I为经被测气体吸收后剩余的红外能量。
但是朗伯比尔定律的前提条件是红外池中特定组分的粒子浓度相对较低,随着红外池中粒子数的增多,红外吸收系数并不满足该朗伯比尔定律。
为此,本实施例中预先对吸收系数进行标定,该标定该吸收系数的过程可以包括:
采集红外池中特定组分为不同标定粒子数时对应的各个标定感应信号,其中,各个标定粒子数为由0至饱和粒子数的多个不同的粒子数;
根据各个标定感应信号和对应的各个标定粒子数,结合第二对应关系,确定第一对应关系。
在实际标定过程中,可以先向红外池中通入不包含特定组分的标准气体,也即是特定组分的粒子数为0,根据红外传感器输出的信号即可获得特定组分的标定粒子数为0对应标定感应信号。
逐步增大通入红外池的气流中特定组分的粒子含量,并确定当前特定组分的标定粒子数对应的标定感应信号,直到红外池中特定组分的标定粒子数为饱和粒子数。
将各组标定粒子数和标定感应信号代入该第二对应关系中,吉即可获得多组不同的标定粒子数和标定感应信号对应的吸收系数。
基于上述论述可知,本实施例中测得随感应信号变化的吸收系数是多个离散的数据,并不能得到特定组分的粒子数由0到饱和状态之间对应的所有吸收系数。因此在实际应用过程中,可以依据多组标定感应信号对应的吸收系数的数据进行线性拟合,获得拟合曲线;相应地,在进行红外池检测分析过程中,即可依据采集到的感应信号在该拟合曲线上找对应的吸收系数。
本实施例中采用随感应信号变化的吸收系数作为感应信号和粒子数之间的比例系数,在很大程度上提高了测得的粒子数的准确度,避免因为浓度波动影响粒子数测量的准确性的问题。
对于上述粒子数和感应信号之间满足的第二对应关系的标定过程可以包括:
步骤一:采集红外池中特定组分的粒子数量为零时红外探测器测得的零点感应信号u0。
步骤二:采集红外池中特定组分的粒子数量为饱和粒子数量Ns对应的饱和感应信号us。
步骤三:根据基于朗伯比尔定律获得的关系式结合零点感应信号u0、饱和粒子数量Ns以及饱和感应信号us,获得第二对应关系式:/>其中,α为感应信号ui对应的吸收系数。
如前所述,对于特定组分的粒子数量和对应的感应信号,满足朗伯比尔定律:I=I0·e-KCL,因为被测气体吸收后剩余的红外能量和感应信号成正比,特定组分的粒子数量N和红外池中的粒子浓度C之间的成正比且比值恒定,池长L为定值,由此可以采用修正后的吸收系数k 代替吸收系数K和池长L,同时采用零点感应信号uo代替红外能量I0,感应信号u代替剩余的红外能量I,粒子数量N代替粒子浓度C,代入朗伯比尔定律对应的公式中并进行公式转换即可获得关系式:
进一步地考虑到在关系式中,关系式的左右两边存在量纲上的区别,这在实际运算过程,将感应信号和吸收系数代入该关系式进行粒子数量运算时,易产生计算误差。为此,可以以饱和粒子状态下满足的/>和测量过程中满足的/>之间的比值,作为第二对应关系式:/>消除量纲对计算带来的影响。
本实施例中重新对吸收系数进行了修正和定义,且该吸收系数是随感应信号变化而变化。另外,本实施例中确定的感应信号和粒子数量之间满足的第二对应关系,在等号左右两侧的量纲均可以消除,仅仅只做数学运算,进而在一定程度上提高运算获得的粒子数量的运算结果,也即是提高确定特定组分含量的准确性。
基于上述任意实施例,在所有的待测气流均通入红外池之后,也即可相应地获得所有通过红外池入口流入红外池内的瞬时粒子数,由此,将各个瞬时粒子数进行叠加运算也就是所有待测粒子中特定组分的总粒子数,也即可以完成特定组分的测量。
相对于现有技术中直接采用每次测得的红外池中的特定组分的粒子数直接叠加获得的总粒子数,本实施例中的运算方式更为简单准确。
下面对本发明实施例提供的红外检测池的切换装置进行介绍,下文描述的红外检测池的切换装置与上文描述的**方法可相互对应参照。
图3为本发明实施例提供的红外检测池的切换装置的结构框图,参照图3的红外检测池的切换装置可以包括:
采集模块100,用于当待测气体通入红外池时,采集红外池中的红外传感器在按照预定时间间隔测得的感应电信号;其中,待测气体为包含有可吸收红外能量的特定组分的气体;
第一运算模块200,用于根据当前感应电信号,获得当前时刻红外池中特定组分的当前粒子数;
第二运算模块300,用于根据当前粒子数结合在当前时刻之前各次测得的特定组分的历史粒子数,获得当前时刻对应的特定组分的当前瞬时粒子数;其中,瞬时粒子数为当前测量时刻和上一次测量的测量时刻向红外池入口流入的特定组分的粒子数;
判断模块400,用于判断当前瞬时粒子数的大小是否在预设粒子数范围内,若是,则切换对待测气体进行测量的红外池。
本实施例的红外检测池的切换装置用于实现前述的红外检测池的切换方法,因此红外检测池的切换装置中的具体实施方式可见前文中的红外检测池的切换方法的实施例部分,例如,采集模块100,第一运算模块200,第二运算模块300,判断模块400,用于实现上述红外检测池的切换方法中步骤S11至S15,所以,其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述,在此不再赘述。
本申请还公开了一种红外检测池的切换设备的实施例,该设备包括:
红外池、设于红外池内的红外传感器、和红外传感器相连接的处理器;
其中,红外传感器用于检测红外池中通入带有特定组分的待测气体时,红外池中的红外能量,产生相应的感应信号;
处理器和红外传感器相连接,用于根据感应信号执行实现如上任一项红外检测池的切换方法的步骤。
本实施例中处理器根据红外池中红外传感器测得的感应信号获得红外池中特定组分的粒子数,并基于该粒子数确定新流入红外池中的瞬时粒子数,进而以该瞬时粒子数为依据判断是否需要红外池的切换,这在一定程度上提升了红外池切换的准确度,进而提升红外池检测特定组分的含量的准确性。
可选地,本实施例中的红外池可以是包括红外低池和红外高池两个不同的红外池,其中,红外高池的池长小于红外低池的池长,并且红外高池和红外低池的气体入口并联连接,也即是说气流是同步分流通入红外高池和红外低池内的。在实际进行红外池切换时,若是瞬时粒子数较大,则选择采用红外高池中采集到的数据,若是瞬时粒子数较小,则选择采用红外低池中采集到的数据。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质的实施例,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述红外检测池的切换方法的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外,本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明,以免过多赘述。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。