[发明专利]红外光谱非线性定量分析方法

权利要求书

1.一种红外光谱非线性定量分析方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：获取待测混合气体的红外光谱信号并根据该红外光谱信号确定待测混合气体的吸光度向量；

获取所述待测混合气体中各单纯成分气体在多种标定浓度下的红外光谱信号，并根据该红外光谱信号确定每一种单纯成分气体在每一种标定浓度下的吸光度向量以生成光谱样本点；

步骤S2：基于待测混合气体的吸光度向量与各个单纯成分气体的光谱样本点构建非线性最小二乘优化模型；

所述非线性最小二乘优化模型为：

其中，公式(1)和公式(2)中，s为待测混合气体的吸光度向量；x＝[x₁,x₂,.x_j..,x_t]^T为浓度向量，其中t为单纯成分气体的总数，x_j为第j种单纯成分气体的浓度；f_j(x_j)为第j种单纯成分气体的纯谱函数，其反映了第j种单纯成分气体的吸光度向量与第j种单纯成分气体的浓度之间对应关系；

步骤S3：基于Levenberg-Marquardt迭代算法对上述模型进行求解以确定待测混合气体中各单纯气体成分的定量，其方法包括：

步骤S31：对各个单纯成分气体的浓度值进行初始化；

步骤S32：对单纯成分气体j，利用当前迭代计算中单纯成分气体j的浓度值x_j附近的光谱样本点进行插值构造x_j的纯谱函数f_j(x_j)，并根据纯谱函数f_j(x_j)得到其偏导函数；

步骤S33：根据所述当前迭代计算中各个单纯成分气体的浓度值、纯谱函数、偏导函数计算更新增量δ；

步骤S34：计算更新增量δ的范数||δ||₂，判断所述||δ||₂是否小于预设的阈值e：

当||δ||₂≥e时，根据所述当前迭代计算中各个单纯成分气体的浓度值和所述更新增量δ计算下一次迭代计算中各个单纯成分气体的浓度值，随后返回步骤S32；

当||δ||₂＜e时，将所述当前迭代计算中各个单纯成分气体的浓度值作为定量分析结果输出。

2.根据权利要求1所述的红外光谱非线性定量分析方法，其特征在于，“根据所述当前迭代计算中各个单纯成分气体的浓度值和所述更新增量δ计算下一次迭代计算中各个单纯成分气体的浓度值”的步骤包括：

按照下式所示的方法计算各个单纯成分气体的浓度值：

x^k+1＝x^k+δ (3)

其中，公式(3)中，所述x^k和x^k+1分别是第k次迭代计算和第k+1次迭代计算中单纯成分气体的浓度向量，k≥1。

3.根据权利要求1所述的红外光谱非线性定量分析方法，其特征在于，“对单纯成分气体j，利用当前迭代计算中单纯成分气体j的浓度值x_j附近的光谱样本点进行插值构造x_j的纯谱函数f_j(x_j)，并根据纯谱函数f_j(x_j)得到其偏导函数”的步骤包括：

按照下式所示的方法构建纯谱函数f_j(x_j)：

对上述纯谱函数求导，得到偏导函数：

在公式(4)和公式(5)中，n为多项式的阶数，a_j0…a_jn为多项式系数。