[发明专利]一种多组分气体傅立叶变换红外光谱在线分析滤波方法

权利要求书

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(1a)式和(1b)式所示形式：

式中，C_i(k)表示第i种气体在第k次分析的浓度，C_i(k)_UP和C_i(k)_DOWN分别表示其上限值和下限值；v_j是所选定的第j条关联谱线值；w_ij是第i种气体与v_j对应的权值；a_ij表示第i种气体在第j条谱线处的折算吸光率，它是第i种气体在第j条谱线处的实际吸光率与光程的乘积；N表示选定的关联谱线数量；如果光谱图是以透射率为输出的，直接采用(1)式约束，如果是以吸光度为输出的，则把(1)式中的-log(v_j(k))修改为v_j(k)即可。

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；

式中S_Cij表示第j条谱线在第i种气体浓度为C_i时对该气体的灵敏度；C_i(n)表示第i种气体单组分样气按递增排序时的第n组样本浓度，C_i(n)≥C_i≥C_i(n-1)；v_j(n)为对应的第j条谱线的值；a_ij(n)为第i种气体浓度为C_i(n)时在第j条谱线处的折算吸光率。对于以吸光度为输出的光谱图，首先将光谱图按(3)式转换成以透射率为输出的光谱图后，再按(2)式进行估计；

v_j＝exp(-v_j′)(3)

式中v_j′为以吸光度为输出的光谱图中第j条谱线的值；

(2)各组分气体在不同谱线处的选择性按(4)式计算

式中ss_Cij表示第i种气体浓度为C_i时在第j条谱线处的选择性；M表示所考虑的气体种类数量； 

(3)噪声水平估计按(5)式计算

式中noise_j表示第j条谱线的噪声水平，L表示光谱仪在气室中充满氮气后连续进行光谱扫描L次，一共获得了L个光谱图，L≥8；v_0jl表示该光谱扫描中第j条谱线第l次扫描的谱线值； 表示L次扫描中v_0jl的均值；

(4)关联谱线的选择，要求关联谱线对某一种气体的灵敏度超过某一个界限值s_min，该界限值满足要求：在每种气体的整个浓度范围内都存在至少一条谱线，该谱线对该种气体的灵敏度大于s_min。选择方法可以通过逐一比对得到，灵敏度大于s_min的谱线选择为关联谱线，否则，选作非关联谱线；

(5)权值w_ij的确定，式(1)中的权值w_ij由式(6)确定

w_ij＝p_ij·ss_Cij·s_Cij(6)

式中 其中N为所选取的关联谱线数量。