[发明专利]一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法

说明书

本发明公开了一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法，首先在固定的瓶内气压和温度的情况下，采集待测样本的二次谐波和现场温度数据；然后对待测样本的二次谐波进行数据预处理；将预处理后的数据送往氧气浓度反演模型，得到直接预测值N₀；将现场采集的温度数据代入温度校准函数f(T)，获得温度校正因子k；计算公式N_c＝kN₀，得到温度修正后的实际氧气浓度值N_c。本发明的技术效果在于，通过引入温度校准函数得到相应的温度校正因子，将温度校正因子乘以直接浓度反演预测的结果，从而得到修正后的当前瓶内氧气浓度，实现对温度变化的抑制，能有效提高玻璃瓶内氧气浓度预测精度。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种主要用于玻璃瓶内氧气浓度的建模预测的波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法，。

背景技术

在制药行业中，密封玻璃药瓶内的氧气浓度直接决定药品的氧化速度，影响保质期，目前我国除极少数制药企业引进国外先进检测装备在线检测外，其他企业都是采用基于气相色谱原理、电化学原理或磁氧分析等方法和手段进行抽样检测。随着半导体激光器的发展，波长调制光谱(wavelength modulation spectroscopy，WMS)技术因非破坏性原位检测、抗干扰能力强、灵敏度高等优点，已经在工业过程中监控气体温度、压强、浓度等方面得到应用。如美国LIGHTHOUSE公司，意大利贝威蒂公司等已将WMS技术应用在密封玻璃药瓶内氧含量检测上，进行残氧量的定性和定量检测。中国科学院和天津大学的相关研究机构也已将WMS技术应用在CO₂、氨气等气体浓度检测上，但还未见有玻璃药瓶内氧气浓度定量检测的温度补偿文献报道。

然而，温度的变化会导致气体内部分子间的作用力发生变化，这将改变分子在不同能级间的跃迁情况，从而影响分子的吸收光谱。具体来说，温度的变化会影响气体的吸收线强，吸收谱线线型的半高全宽及气体分子数密度等，这将破坏二次谐波特征值反演气体浓度的条件，从而使检测精度下降。

发明内容

本发明的目的是为波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度提供一种准确方便的温度补偿方法，克服因温度影响带来的误差，提高系统检测精度和稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法，包括以下步骤：

步骤1，采集待测样本的二次谐波和现场温度数据；

步骤2，对待测样本的二次谐波进行数据预处理；

步骤3，将步骤2得到的数据送往氧气浓度反演模型，得到直接预测值N₀；

步骤4，将现场采集的温度数据代入温度校准函数f(T)，获得温度校正因子k；

步骤5，计算公式N_c＝kN₀，得到温度修正后的实际氧气浓度值N_c。

所述的方法，所述的步骤1中，所述的待测样本为瓶内气体压强为1atm和温度为296K条件下，瓶内的氧气浓度为0％-21％的待测样本瓶。

所述的方法，所述的步骤2中，所述的数据预处理包括对二次谐波进行多周期平均、窗口滑动加权平均滤波、特征值提取、背景实时扣除和光谱实时校正。

所述的方法，步骤3中的浓度反演模型，是将步骤2中得到的数据，进行最小二乘拟合瓶内氧气吸收的二次谐波峰值与浓度，作为浓度反演模型，模型表达式为y＝1370.1x+2.4，其中x为氧气浓度，y为二次谐波峰值。

所述的方法，步骤4中的温度校准函数f(T)的确定方法为：