CN116952850A - 一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法，其步骤包括：1、对k+1周期的探测信号进行处理，获取连线斜度，通过倾斜度的判断，提取前个信号与当前k周期的探测信号组成待处理信号，保证待处理信号的完整性；2、对待处理信号进行拟合，得到基线信号进行处理，得到基线校正后的信号，消除动态基线，从而达到减少抖动引起的基线扰动；3、对基线校正后的信号求积分，利用积分面积，从而克服信号抖动问题，不用再考虑信号的尖锐变化，提高了气体检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及环境光学领域，具体的说是非分散红外检测时，仪器的应用环境所带来的各种外界干扰影响，提出一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法。
背景技术
非分散红外检测的特点有高分辨率、快速响应、稳定性好、精度高等。此外，非分散红外检测技术还可以同时检测多种气体成分，而且可以进行在线实时监测，大大提高了监测效率和准确性。能够广泛的应用到环境监测、工业生产、安全监测等领域。但是在实际应用中，也会受到一些干扰因素的影响，常常会受到温度和湿度,光照强度，噪声等因素的影响，从而导致测量结果的不稳定性。
.现有的许多研究大多是采用差分检测技术来反演气体浓度。差分检测是采集连续几个周期内的浓度信号和参考信号，再进行平均处理，这在待测气体浓度变化较快的情况时，存在较大测量误差。简化版的差分检测方法是分别获取浓度信号和参考信号的最大值，进行处理。但上述方法都不能避免快速抖动、毛刺、振动、温漂等带来的问题。因此需要研究一种快速减少动态抖动的反演方法。
发明内容
.鉴于现有技术方法存在的不足，本发明提出一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法，以及能在不增加硬件结构的基础上，解决仪器快速抖动、毛刺、振动等带来的问题，从而能有效提高气体检测的准确性。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法，其特征在于，是按如下步骤进行：
步骤1）. 当前第k个周期的探测信号序列记为和第k+1个周期的探测信号序列记为/>，其中，/>表示第k个周期下第m位置的探测信号，/>表示第k+1个周期下第m位置的探测信号，N表示数据点总和；
步骤2）. 利用式(1)对所述第k+1个周期的探测信号进行处理，选取2个数据为一个窗口，获取第k+1个周期的连线斜度/>：
（1）
式(1)中， 表示第k+1个周期下第/>位置的探测信号, />表示第k+1个周期下第/>位置的探测信号；
当连线斜度超过阈预设值K时，则取所述第k+1个周期探测信号/>里的前/>个信号/>；否则继续计算，直到连线斜度/>超过阈预设值K，剩余的信号/>直接删除；
步骤3）. 所述第k周期的探测信号与所述第k+1周期的前/>个信号/>组成第k个周期下第n位置的待处理信号/>, N+/>+1表示数据点总和；
步骤4）.选取待处理信号的前j个信号/>，与/>组成第k个周期复位信号/>；
步骤5）.利用式(2)对第k个周期复位信号进行拟合，得到基线信号/> ；
（2）
式(2)中，为系数；
步骤6）. 利用公式(3)，对所述待处理信号进行相减，得到第k个周期下第n位置基线校正后的信号/>；
（3）
步骤7）.利用公式(4)，对所述第k个周期下第n位置基线校正后的信号求积分，得到第k个周期的积分面积S k ；
（4）
步骤8）. 按照步骤1-步骤 7的过程，通入标气，得到标准气体积分面积S r ；
步骤9）. 利用朗伯比尔定律，对第k个周期的积分面积Sk和标准气体积分面积S r 进行反演，最终得到气体浓度。
与现有的技术相比较，本发明的有益效果体现在：
1.本发明在不改变系统的基础上，通过动态减少抖动反演方法，解决了仪器容易受到环境影响引起的信号抖动问题，既能满足动态实时检测需求，又方便快捷，应用性强；
2.本发明中时时获取第k+1周期的探测信号连线斜度/>，与阈预设值K做比较，获取前/>个信号与第k周期探测信号组成待处理序列，保证待处理信号的完整性；
3.本发明对待处理序列的复位信号进行拟合，得到基线信号，消除动态基线，从而达到减少抖动引起的基线扰动；
4.本发明对基线校正后的信号求积分，利用积分面积，从而克服信号抖动问题，不用再考虑信号的尖锐变化，提高了气体检测的准确性。
附图说明
图1为本发明实施案例中的一种基于非分散红外气体检测系统的示意图；
图2本发明的一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法的流程图。
具体实施方式
本实施例中，参见图1，一种基于非分散红外气体检测系统主要由主控电路1、驱动电路2、红外光源3、气室4、红外探测器5、前置放大模块6、滤波器7、自适应程控增益控制单元8、多路A/D采集和转化单元9、数据处理及显示单元10、方波发生器11与电源12组成。
其中的主控电路1输出3-10Hz信号通过驱动电路2控制红外光源3，红外光源3出的光通过气室4，到达红外探测器5。其中的红外探测器5将光信号转换为电信号，然后经前置放大模块6进行放大，滤波器7进行滤波，可以通过自适应程控增益控制单元8进行自动增益调节，多路A/D采集和转化单元9进行数据采集，并送入数据处理及显示单元10进行数据计算和处理并显示反演结果。其中方波发生器11产生方波调制信号送给驱动电路，电源12提供系统电源。
参见图2，本实施例中，一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法，是按如下步骤进行：
步骤1.多路A/D采集和转化单元获取当前第k个周期的探测信号序列和第k+1个周期的探测信号序列记为/>，其中，/>表示第k个周期下第m位置的探测信号，/>表示第k+1个周期下第m位置的探测信号，N表示数据点总和；
步骤2）. 利用式(1)对所述第k+1个周期的探测信号进行处理，选取2个数据为一个窗口，获取第k+1个周期的连线斜度/>：
（1）
式(1)中， 表示第k+1个周期下第/>位置的探测信号, />表示第k+1个周期下第/>位置的探测信号；
当连线斜度超过阈预设值K时，则取所述第k+1个周期探测信号/>里的前/>个信号/>；否则继续计算，直到连线斜度/>超过阈预设值K，剩余的信号/>直接删除；
步骤3）. 所述第k周期的探测信号与所述第k+1周期的前/>个信号/>组成第k个周期下第n位置的待处理信号/>,N+/>+1表示数据点总和；
步骤4）. 选取待处理信号的前j个信号/>，与/>组成第k个周期复位信号/>；
步骤5）.利用式(2)对第k个周期复位信号进行拟合，得到基线信号/> ；
（2）
式(2)中，为系数；
步骤6）. 利用公式(3)，对所述待处理信号进行相减，得到第k个周期下第n位置基线校正后的信号/>；
（3）
步骤7）.利用公式(4)，对所述第k个周期下第n位置基线校正后的信号求积分，得到第k个周期的积分面积S k ；
（4）
步骤8）. 按照步骤1-步骤 7的过程，通入标气，得到标准气体积分面积S r ；
步骤9）. 利用朗伯比尔定律，对第k个周期的积分面积Sk和标准气体积分面积S r 进行反演，最终得到气体浓度。
Claims (1)
1.一种基于非分散红外检测的动态减少抖动反演方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤1）. 当前第k个周期的探测信号序列记为和第k+1个周期的探测信号序列记为/>，其中，/>表示第k个周期下第m位置的探测信号，/>表示第k+1个周期下第m位置的探测信号，N表示数据点总和；
步骤2）. 利用式(1)对所述第k+1个周期的探测信号进行处理，选取2个数据为一个窗口，获取第k+1个周期的连线斜度/>：
（1）
式(1)中， 表示第k+1个周期下第/>位置的探测信号, />表示第k+1个周期下第/>位置的探测信号；
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步骤3）. 所述第k周期的探测信号与所述第k+1周期的前/>个信号/>组成第k个周期下第n位置的待处理信号/>,N+/>+1表示数据点总和；
步骤4）.选取待处理信号的前j个信号/>，与组成第k个周期复位信号/>；
步骤5）.利用式(2)对第k个周期复位信号进行拟合，得到基线信号/> ；
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式(2)中，为系数；
步骤6）. 利用公式(3)，对所述待处理信号进行相减，得到第k个周期下第n位置基线校正后的信号/>；
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步骤7）.利用公式(4)，对所述第k个周期下第n位置基线校正后的信号求积分，得到第k个周期的积分面积S k ；
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步骤8）. 按照步骤1-步骤 7的过程，通入标气，得到标准气体积分面积S r ；
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040218056A1 (en) * | 2003-04-01 | 2004-11-04 | Hirofumi Nomura | Image pickup device and camera shake correction method |
| US20060173637A1 (en) * | 2003-08-11 | 2006-08-03 | Martin Hans Evald G | Method of compensating for a measuring error and an electronic arrangement to this end |
| CN102879354A (zh) * | 2012-09-24 | 2013-01-16 | 合肥工业大学 | 一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统 |
| US20160242682A1 (en) * | 2012-07-16 | 2016-08-25 | Sandeep Gulati | Noninvasive analyzer apparatus and method of use thereof for separating distributed probing photons emerging from a sample |
| CN110006837A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-12 | 南京信息工程大学 | 一种ndir气体传感器系统及温湿度补偿方法 |
| CN110658159A (zh) * | 2018-06-29 | 2020-01-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种波长调制气体浓度反演方法 |
| CN111829980A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-27 | 安徽农业大学 | 一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法 |
| CN115380216A (zh) * | 2020-01-31 | 2022-11-22 | 森谢尔公司 | 用于呼吸样本中的致醉物质的示踪物辅助确定和分类的方法和系统 |
| CN115980854A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-04-18 | 东华理工大学 | 一种具有抖动假象压制功能的三维反射系数反演方法 |
-
2023
- 2023-09-20 CN CN202311217500.6A patent/CN116952850B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040218056A1 (en) * | 2003-04-01 | 2004-11-04 | Hirofumi Nomura | Image pickup device and camera shake correction method |
| US20060173637A1 (en) * | 2003-08-11 | 2006-08-03 | Martin Hans Evald G | Method of compensating for a measuring error and an electronic arrangement to this end |
| US20160242682A1 (en) * | 2012-07-16 | 2016-08-25 | Sandeep Gulati | Noninvasive analyzer apparatus and method of use thereof for separating distributed probing photons emerging from a sample |
| CN102879354A (zh) * | 2012-09-24 | 2013-01-16 | 合肥工业大学 | 一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统 |
| CN110658159A (zh) * | 2018-06-29 | 2020-01-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种波长调制气体浓度反演方法 |
| CN110006837A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-12 | 南京信息工程大学 | 一种ndir气体传感器系统及温湿度补偿方法 |
| CN115380216A (zh) * | 2020-01-31 | 2022-11-22 | 森谢尔公司 | 用于呼吸样本中的致醉物质的示踪物辅助确定和分类的方法和系统 |
| CN111829980A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-27 | 安徽农业大学 | 一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法 |
| CN115980854A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-04-18 | 东华理工大学 | 一种具有抖动假象压制功能的三维反射系数反演方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| KUIJUN WU等: "Development of an imaging gas correlation spectrometry based mid-infrared camera for two-dimensional mapping of CO in vehicle exhausts", 《OPTICS EXPRESS》, vol. 26, no. 7 * |
| 代虎;王永军;李得天;: "基于宽波段激光吸收谱的真空分压力测量方法", 真空与低温, no. 01 * |
| 黄见;胡顺星;曹开法;苑克娥;时东锋;: "可用于探测大气CO_2垂直廓线的无线传感系统", 红外与激光工程, no. 04 * |
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