专利名称：一种多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法
技术领域：
本发明涉及光谱在线定量分析领域，涉及一种多组分气体傅立叶变换红外光谱分析的滤波方法，尤其是一种基于取值范围约束的多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析的滤波方法。
背景技术：
傅立叶变换红外光谱分析是多组分气体在线定量分析的重要方法之一。气体分析涉及到科学研究、环境保护、设备的故障诊断、产品质量的检测、天然气与石油勘探录井等多个领域。在这些领域中，组分气体的在线定量分析发挥着非常重要的作用。如变压器的故障诊断方法中，有一种就是通过检测变压器油中乙炔等气体的含量来识别的，天然气的燃烧值是通过检测天然气中甲烷、乙烷等组分的含量来确定的。虽然气体吸收光谱的光谱分析是气体定量分析的一种重要方法，但这种方法还存在一些没有解决的问题，其中之一就是光谱仪长时间工作后，由于环境的变化等因素，光谱会发生一定的畸变，待分析气体中可能存在一定的干扰气体。这些不确定因素往往导致分析结果中存在噪声。在存在多种具有相同分子基团的组分情况下，如丙烷、异丁烷、正丁烷等烷烃气体都具有-CH2-基团，由于其吸收光谱严重交叠，光谱所形成的矩阵条件数大，光谱中一点小的干扰就可能引入大的噪声。为了消除噪声，得到更为准确的分析结果，需要对连续的光谱分析结果进行处理。去除噪声的常用方法是滤波，但直接采用常规的滤波方法对连续分析结果进行滤波可能会滤除变化快的有用的气体浓度信息。于是，如何消除噪声，但又能保留快速变化的有效气体浓度信息，就成了多组分气体光谱定量分析的重要内容。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析的滤波方法，以降低分析结果的噪声水平，提高分析结果准确性，同时又能保留连续分析结果中的快速变化的浓度信息。
为了实现上述任务，本发明采用如下技术解决方案
一种多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法，
(1)采用常规多组分气体光谱在线分析获得分析结果；
(2)根据步骤(1)所得分析结果，结合常规多组分气体光谱在线分析过程中目标气体吸收光谱谱线值的变化量、目标气体吸收光谱谱线对各组分气体的灵敏度、选择性和噪声水平，设定气体浓度变化范围，以约束分析过程中各组分气体浓度的收敛方向，限定最终分析结果的取值范围，以达到降低噪声水平，却又能保留连续各组分气体分析结果中的快速变化浓度信息的目的。
所述气体浓度变化范围如(Ia)式和(Ib)式所示形式N
Cik+1 )down = Cik)- X wy (- log(v;(众 +1)) + log(v; (k))) / ay(1 a)5
C
权利要求
1.一种多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法，其特征在于(1)采用常规多组分气体光谱在线分析获得分析结果；(2)根据步骤(1)所得分析结果，结合常规多组分气体光谱在线分析过程中目标气体吸收光谱谱线值的变化量、目标气体吸收光谱谱线对各组分气体的灵敏度、选择性和噪声水平，设定气体浓度变化范围，以约束分析过程中各组分气体浓度的收敛方向，限定最终分析结果的取值范围，以达到降低噪声水平，却又能保留连续各组分气体分析结果中的快速变化浓度信息的目的。
2.如权利要求1所述多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法，其特征在于所述气体浓度变化范围如(Ia)式和(Ib)式所示形式
3.如权利要求2所述多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法，其特征在于所述各组分气体的关联谱线，及其权值系数，其特征在于关联谱线尽可能选择灵敏度大、选择性好的谱线；谱线选择性越好，其权值相应越大，否则越小；谱线灵敏度越高的谱线，其权值相应越大，否则越小；噪声水平越小，权值越大，反之越小；(1)对于以透射率为输出的光谱图，各谱线对各组分气体的灵敏度和折算吸光率分别由(2a)式和(2b)式确定；
4.如权利要求2所述多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法，其特征在于所述常规多组分气体光谱在线分析，其相邻两次分析的时间间隔At估采用如下方式来确定(1)光谱分析时间采用实验法确定，在设置好光谱波数分辨率和获得一个光谱图所需扫描次数后，进行光谱扫描，对比前后两次获得一个光谱图的间隔时间，该间隔时间即为扫描间隔；给定光谱图，选用的多组分气体光谱分析方法对该光谱进行分析，测试光谱分析过程的计算所需时间At2;光谱分析的时间间隔At= At1+At2;在不同气体浓度配比情况下，连续做1000次以上这样的测试，获取最大的At，即Atmax，及最小的Atmin，取其均值作为最终的光谱分析间隔时间At，并取St= Atfflax-At+η作为光谱分析时间间隔偏差，其中Π为人为设定的一个余量，
5.如权利要求2所述多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法，其特征在于所述滤波方法在于对多组分气体傅立叶变换红外光谱分析结果进行如下操作 如果 Ci (k+l)UP ≥Ci (k+Ι)≥Ci (k+l)D_，则 Ci (k+Ι)维持不变； 如果 Ci(k+1) > Ci(k+l)UP，则令 Ci(k+1) = Ci (k+l)UP ； 如果 Ci (k+1) < Ci (k+1) D_,则令 Ci (k+1) = Ci (k+1) D_。
全文摘要
本发明公开了一种多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析的滤波方法。该方法在常规多组分气体在线光谱分析过程中，根据某些目标气体吸收光谱谱线值的变化量，及其噪声水平，对某些气体的选择性与灵敏度，以及上一次分析结果，设定气体浓度变化范围，以约束分析过程中各组分气体浓度的收敛方向，限定最终分析结果的取值范围，以达到实现降低噪声水平，却又能保留连续各组分气体分析结果中的快速变化浓度信息。对于需要用到迭代运算的多组分气体光谱方法，还有助于提高收敛速度。可用于石油、天然气勘探的气测录井，产品质量检查与故障诊断、五金、化工、环境保护等领域的多组分气体光谱定量分析应用中。
文档编号G01N21/35GK102539370SQ20111035541
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者关金锋, 刘君华, 张蕾, 朱凌建, 汤晓君, 王进 申请人:西安交通大学