CN117110227A - 一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法及装置，包括：获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿；计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度。本申请能够提高二氧化氮浓度的测量精度和稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及气体浓度检测技术领域，尤其是涉及一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法及装置。
背景技术
用紫外差分法测量二氧化氮浓度时，紫外可见光谱中有两个波段存在明显的二氧化氮吸收，分别是200～230nm和400～450nm。用200～230nm波段测量二氧化氮浓度，优点是这一波段内光源总体能量更高，光源波动造成的干扰对光谱能量影响较小，二氧化氮测量结果更稳定；缺点是在200～230nm波段内，还有SO2、NO等多种气体存在吸收，都会对二氧化氮的测量结果带来干扰。用400～450nm波段测量二氧化氮，优点是二氧化氮在这一波段内吸收更加强烈，且不存在SO2等烟气成分的干扰，二氧化氮测量的准确度更高，缺点是该波段的光源能量较低，光源波动对光谱造成的影响较大，二氧化氮计算稳定性较差。
当采用波段200～230nm测量二氧化氮浓度时，现有技术建议使用量程浓度的干扰气体对被测气体进行最大程度的补偿，并且建议对烟气成分逐步处理，从而最大程度的减小干扰气体的影响。由于补偿往往是线性的，这导致当干扰气体的浓度过高时，会对被测气体存在欠补偿，当干扰气体的浓度变低时，会对被测气体存在过补偿。当干扰气体和被干扰气体的浓度比不同时，这样的补偿方法会导致被干扰气体的测量结果不准确。而如果依赖于对烟气中干扰成分进行逐步处理，测量单一烟气成分的方案，增加了烟气测量装置的复杂性和经济成本。
当采用400～450nm波段测量二氧化氮浓度时，现有技术建议改进光路或对镜片镀膜，提高波段内的光能量水平，以减小光源波动对二氧化氮浓度计算造成的影响。由于该波段内光源能量较低，光源波动对光谱能量造成的影响更大，二氧化氮浓度计算数值更易波动。而如果改进光路或增加镜片镀膜，一是对光能量的提升有限，二是这也增加了光学系统的经济成本，不利于维护和推广。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法及装置，以解决采用单一波段测量二氧化氮浓度存在的测量精度较低或稳定性较差的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，包括：
获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度以及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；
计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；
判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度；
计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；
判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度，若否，则以补偿后的第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
进一步地，所述第一光谱段的波长为200nm～230nm，所述获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度，包括：
在第一光谱段内测量得到多个二氧化氮浓度，以多个二氧化氮浓度的均值作为第一光谱段的第一二氧化氮浓度。
进一步地，所述第二光谱段的波长为400nm～450nm，所述获取第二光谱段的第二二氧化氮浓度，包括：
在第二光谱段内测量得到多个二氧化氮浓度，以多个二氧化氮浓度的均值作为第二光谱段的第二二氧化氮浓度。
进一步地，基于以下公式对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度：
C2＝C1+|C1|×A×α
其中，C2为补偿后的第一二氧化氮浓度，C1为第一二氧化氮浓度，A为干扰气体的测量浓度值，α为预设系数。
进一步地，所述预设的数值范围为大于等于预设的第一阈值且小于等于预设的第二阈值。
进一步地，还包括，若所述第一偏差小于预设的第一阈值，则将第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
进一步地，还包括，若所述第一偏差大于预设的第二阈值，则将第二二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
进一步地，所述第一阈值为5，所述第二阈值为10。
第二方面，本申请提供一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置，包括：
获取单元，用于获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度以及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；
第一计算单元，用于计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；
第一处理单元，用于判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度；
第二计算单元，用于计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；
第二处理单元，用于判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度，若否，则以补偿后的第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请第一方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如本申请第一方面所述的方法。
本申请提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法及装置能够在存在干扰气体或光能量不稳定的情况下，提高二氧化氮浓度测量的精度和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置的功能结构图；
图3为本申请实施例提供的电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先对本申请实施例涉及的技术术语进行简单介绍。
紫外差分法：即为紫外差分光谱技术，该方法在20世纪70年代由德国海德堡大学Platt教授等人提出，利用光在大气中传输时大气中的气体分子在不同波段对光有不同的特征吸收结构，来实现对气体进行定性、定量测量的一种光谱技术。根据各种气体在不同波段的特征吸收结构，对气体进行定性判断，并根据吸收强度的大小进行定量分析。
紫外差分吸收光谱的原理是，紫外光与待测气体分子相互作用时被分子吸收导致光能的变化，由于不同分子内部电子能级的跃迁能量和几率不同，使得不同分子具有特征吸收光谱，光谱吸收产生光能变化即传感器输出信号大小与气体中的二氧化硫和氮氧化物含量成正比。紫外差分吸收算法把气体吸收光谱分解为快变化和慢变化两部分，其中快变化部分只与被测气体的属性相关，而由于粉尘散射等背景因素造成的光谱变化只能表现为光谱中的慢变化部分，这样通过分离去除测量光谱中的慢变化部分就能够去除背景环境因素对气体浓度分析的影响，从而实现高精度和强抗干扰能力测量。另一个优点是可以通过分析几种气体在同一波段的重叠吸收光谱，来同时测定几种气体的浓度，且增加测量气体的数量只需要更改软件，不需要增加硬件。，因此该方法应用范围十分广泛。紫外差分吸收光谱分析法一般应用于分析气体中的二氧化硫和氮氧化物。
基于以上技术背景，下面对本申请实施例提供的技术方案进行说明。
如图1所示，本申请实施例提供了一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，包括：
步骤101：获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度以及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；
步骤102：计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；
步骤103：判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度；
步骤104：计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；
步骤105：判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度，若否，则以补偿后的第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
本申请实施例中，所述第一光谱段的波长为200nm～230nm，所述获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度，包括：
在第一光谱段内测量得到多个二氧化氮浓度，以多个二氧化氮浓度的均值作为第一光谱段的第一二氧化氮浓度。
本申请实施例中，所述第二光谱段的波长为400nm～450nm，所述获取第二光谱段的第二二氧化氮浓度，包括：
在第二光谱段内测量得到多个二氧化氮浓度，以多个二氧化氮浓度的均值作为第二光谱段的第二二氧化氮浓度。
本申请实施例中，第一二氧化氮浓度具有更高的稳定性，第二二氧化氮浓度具有更高的准确性。
本申请实施例中，可以基于以下公式对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度：
C2＝C1+|C1|×A×α
其中，C2为补偿后的第一二氧化氮浓度，C1为第一二氧化氮浓度，A为干扰气体的测量浓度值，α为预设系数。
本申请实施例中，优选的，在干扰气体为二氧化硫的情况下，所述预设系数α的数值可以为0.0055。
本申请实施例中，所述预设的数值范围为大于等于预设的第一阈值且小于等于预设的第二阈值。其中，当第一偏差小于第一阈值时，考虑到气体浓度在通气过程中存在轻微波动，仪器系统噪声的影响也会导致通气数值出现波动，补偿之后的气体浓度可能会让偏差更大，因此不做补偿。当第一偏差大于第二阈值，容易出现过补偿，因此也不做补偿。
本申请实施例中，所述方法还包括：若所述第一偏差小于预设的第一阈值，则将第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。因为此时在第一偏差小于预设的第一阈值的情况下，说明第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的偏差不是很大，而由于第一二氧化氮浓度具有更高的稳定性，因此，以第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
本申请实施例中，所述方法还包括：若所述第一偏差大于预设的第二阈值，则将第二二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。因为此时在第一偏差大于预设的第二阈值的情况下，说明第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的偏差较大，而由于第二二氧化氮浓度具有更高的准确性，因此，以第二二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
本申请实施例中，优选的，在干扰气体为二氧化硫的情况下，所述第一阈值可以为5，所述第二阈值可以为10。
以下通过干扰测量试验，对干扰气体为二氧化硫的情况下，第一阈值及第二阈值的获取过程进行说明：
上表示出了在干扰气体为二氧化硫的情况下，对实际浓度为0ppm的二氧化氮气体的浓度进行测量时，补偿前的误差情况以及补偿后的误差情况。从表中可以看出，在补偿前的绝对误差的绝对值小于5的情况下，补偿前及补偿后的二氧化氮浓度相差不大，因此不进行补偿；在补偿前的绝对误差的绝对值大于10的情况下，补偿后的二氧化氮浓度由负值变化为正值，即出现了过补偿，因此在这种情况下也不进行补偿；在补偿前的绝对误差的绝对值大于5且小于10的情况下，补偿后的二氧化氮浓度更接近于二氧化氮的真实浓度，因此在这种情况下需要对二氧化氮的测量浓度进行补偿。
基于上述实施例，本申请实施例还提供了一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置，参阅图2所示，本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置200至少包括：
获取单元201，用于获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度以及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；
第一计算单元202，用于计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；
第一处理单元203，用于判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度；
第二计算单元204，用于计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；
第二处理单元205，用于判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度，若否，则以补偿后的第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
需要说明的是，本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置200解决技术问题的原理与本申请实施例提供的方法相似，因此，本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置200的实施可以参见本申请实施例提供的方法的实施，重复之处不再赘述。
如图3所示，本申请实施例提供的电子设备300至少包括：处理器301、存储器302和存储在存储器302上并可在处理器301上运行的计算机程序，处理器301执行计算机程序时实现本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法。
本申请实施例提供的电子设备300还可以包括连接不同组件(包括处理器301和存储器302)的总线303。其中，总线303表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线、外围总线、局域总线等。
存储器302可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存储器(RandomAccess Memory，RAM)3021和/或高速缓存存储器3022，还可以进一步包括只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)3023。
存储器302还可以包括具有一组(至少一个)程序模块3025的程序工具3024，程序模块3025包括但不限于：操作子系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
电子设备300也可以与一个或多个外部设备304(例如键盘、遥控器等)通信，还可以与一个或者多个使得用户能与电子设备300交互的设备通信(例如手机、电脑等)，和/或，与使得电子设备300与一个或多个其它电子设备300进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(Input/Output，I/O)接口305进行。并且，电子设备300还可以通过网络适配器306与一个或者多个网络(例如局域网(Local AreaNetwork，LAN)，广域网(Wide Area Network，WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图3所示，网络适配器306通过总线303与电子设备300的其它模块通信。应当理解，尽管图3中未示出，可以结合电子设备300使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of IndependentDisks，RAID)子系统、磁带驱动器以及数据备份存储子系统等。
需要说明的是，图3所示的电子设备300仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现本申请实施例提供的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，包括：
获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度以及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；
计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；
判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度；
计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；
判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度，若否，则以补偿后的第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
2.根据权利要求1所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，所述第一光谱段的波长为200nm～230nm，所述获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度，包括：
在第一光谱段内测量得到多个二氧化氮浓度，以多个二氧化氮浓度的均值作为第一光谱段的第一二氧化氮浓度。
3.根据权利要求1所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，所述第二光谱段的波长为400nm～450nm，所述获取第二光谱段的第二二氧化氮浓度，包括：
在第二光谱段内测量得到多个二氧化氮那浓度，以多个二氧化氮浓度的均值作为第二光谱段的第二二氧化氮浓度。
4.根据权利要求1所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，基于以下公式对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度：
C2＝C1+|C1|×A×α
其中，C2为补偿后的第一二氧化氮浓度，C1为第一二氧化氮浓度，A为干扰气体的测量浓度值，α为预设系数。
5.根据权利要求1所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，所述预设的数值范围为大于等于预设的第一阈值且小于等于预设的第二阈值。
6.根据权利要求5所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，还包括，若所述第一偏差小于预设的第一阈值，则将第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
7.根据权利要求5所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，还包括，若所述第一偏差大于预设的第二阈值，则将第二二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿方法，其特征在于，所述第一阈值为5，所述第二阈值为10。
9.一种基于紫外差分法的二氧化氮浓度补偿装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取第一光谱段的第一二氧化氮浓度以及第二光谱段的第二二氧化氮浓度；
第一计算单元，用于计算第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第一偏差；
第一处理单元，用于判断第一偏差是否在预设的数值范围内，若是，则对第一二氧化氮浓度进行补偿，得到补偿后的第一二氧化氮浓度；
第二计算单元，用于计算补偿后的第一二氧化氮浓度与第二二氧化氮浓度的差的绝对值，得到第二偏差；
第二处理单元，用于判断第二偏差是否在预设的数值范围内，若是，则以补偿后的第一二氧化氮浓度和第二二氧化氮浓度的均值作为最终的二氧化氮浓度，若否，则以补偿后的第一二氧化氮浓度作为最终的二氧化氮浓度。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
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Patent Citations (5)
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