[发明专利]一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法及装置，所述方法包括以下步骤：步骤1、基于TDLAS/WMS技术对玻璃药瓶进行检测，获得单周期的二次谐波信号S1；步骤2、对二次谐波信号S1进行周期延拓，获得包含t个周期的二次谐波信号S2；步骤3、对二次谐波信号S2进行离散傅里叶变换，得到频谱图；步骤4、在频谱图上提取二次谐波信号中心频点及其邻近倍频点处的谱线分量，再将提取的谱线分量进行离散傅里叶逆变换，即得到重构后的二次谐波信号S3；步骤5、基于二次谐波信号S3的峰值/峰峰值得到玻璃药瓶内气体浓度。本发明可以大幅提升玻璃药瓶内气体浓度检测的精度和稳定性。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法及装置。

背景技术

根据比尔朗伯定律，根据基于波长调制的可调谐半导体激光吸收光谱(Wavelength-Modulation-Based Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS/WMS)技术对待测气体进行检测，解调出二次谐波信号的峰值/峰峰值与待测气体的浓度成正比，因此可以通过TDLAS/WMS技术来检测玻璃药瓶内气体浓度。TDLAS/WMS技术具有灵敏度高、成本低、非接触、实时性好等优点，利用TDLAS/WMS技术进行现场氧浓度检测具有很大的潜力。在制药行业中，国际上已有公司将TDLAS/WMS技术应用在密封玻璃药瓶内氧气浓度检测上，如美国的LIGHTHOUSE公司，意大利的贝威蒂公司等。然而，生产线线上密封玻璃药瓶(如：西林药瓶)的在线氧气浓度探测任务需要在开放光路环境中完成，且被测玻璃药瓶顶空光路极短。具体地，由于玻璃药瓶壁所致光学噪声、系统仪器噪声、非线性强度调制及随机的自由空间的温度湿度等影响，TDLAS/WMS技术析取的二次谐波信号存在背景波动，从而影响浓度测量的精度和稳定性。因此，该问题实质上为一个强干扰背景下的弱信号分析问题，具有极高的挑战性。如何实现强干扰背景下的弱二次谐波信号噪声抑制和稀疏重构是完成高精度高可靠玻璃药瓶内气体浓度检测的关键前提。

目前，噪声抑制主要通过滤波方法来实现，如：平均值滤波、中位值滤波、限幅滤波、一阶滞后滤波等。专利CN106980491A公开了一种A/D采样的改进的均值滤波算法，对N个采样数据按照从小到大的顺序进行冒泡排序，然后去掉排序后的数组中前面和后面各N/5个数据，用剩余的数据求和，并取其平均值，得到最终的采样值。这种算法能够有效的去掉采样值中相差很大的值，能抑制部分噪声。但在玻璃药瓶内气体浓度激光检测应用中，被探测的瓶内氧气分子吸收谱线对应的二次谐波信号相对于环境噪声极其微弱，且其背景环境噪声具有多样性、时变性，上述单纯的数字滤波方法难以抵抗随机分布在多频带上的复合噪声。寻找一种软硬件结合的方法并从系统的各个部分增强信号质量，且从机制上抑制弱检测信号的干扰噪声，以提高玻璃瓶内气体浓度正检率，是目前亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法及装置，可以大幅提升玻璃药瓶内气体浓度检测的精度和稳定性。

本发明所提供的技术方案为：

一种基于信号稀疏重构的玻璃药瓶内气体浓度检测方法，包括以下步骤：

步骤1、基于TDLAS/WMS技术对玻璃药瓶进行检测，获得单周期的二次谐波信号S1；

步骤2、对二次谐波信号S1进行周期延拓，获得包含t个周期的二次谐波信号S2；

步骤3、对二次谐波信号S2进行离散傅里叶变换，得到频谱图；

步骤4、在频谱图上提取二次谐波信号中心频点及其邻近倍频点处的谱线分量，再将提取的谱线分量进行离散傅里叶逆变换，即得到重构后的二次谐波信号S3；

步骤5、基于二次谐波信号S3的峰值/峰峰值得到玻璃药瓶内气体浓度。