[发明专利]一种在线气相色谱峰的快速寻峰方法

说明书

本发明公开了一种在线气相色谱峰的快速寻峰方法，包括如下步骤：使用标气标定寻峰区间，取出寻峰区间内的色谱信号；采用中心滑动均值滤波法平滑色谱信号，滤掉毛刺和噪声；选择其中数值最大的数据点作为预设峰顶点；确定峰起点和峰终点，分别对预设峰顶点左右两边的数据点进行计算和处理，设置适当的窗口宽度，以预设峰顶点为起点向左边滑动，若窗口内的值满足单调上升趋势，则继续向左滑动，直到不满足此条件，那么第一个不满足条件的窗口的第一个点就确定为峰起点，同理确定峰终点，寻峰结束。本发明所公开的寻峰方法可以快速准确的寻峰，提高了在线气相色谱仪测量成分和浓度的准确性和实时性。

技术领域

本发明属于色谱仪测量系统的信号处理技术领域，是一种在线气相色谱峰单峰精确快速的寻峰方法。

背景技术

在线气相色谱仪是持续监控大气中挥发性有机物的成分和浓度的仪器。测量原理是进入仪器的气体中若存在某种成分，会在相应的时间点出峰，通过峰面积大小便可计算出成分的浓度。由于色谱仪是周期性循环运行的，为了能严密监测大气中的成分，循环周期必须尽可能的短，因此高精度快速的寻峰算法对提高色谱仪的性能至关重要。

目前，寻峰算法主要有直接寻峰算法、半峰检测算法、蒙特卡洛算法、概率统计算法、高斯拟合法、遗传算法等。直接寻峰算法及半峰检测算法计算复杂度低、响应时间短，但其抗噪性能差，不适合复杂工程环境下的色谱寻峰；蒙特卡洛算法、概率统计算法线性度较差，寻峰精度有限；高斯拟合算法及多项式拟合算法寻峰精度较高，但对谱型要求严格；遗传算法虽然可以提高寻峰准确度，但是需要较长的训练时间以确定参数中参量，不适合实时运算。

基于以上原因，现有的寻峰算法不适用于在线气相色谱仪的寻峰。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种快速精确的寻峰算法，快速确定峰的起点和终点，以提高色谱仪的检测效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种色谱峰快速寻峰方法，包括如下步骤：

（1）使用标气标定寻峰区间，取出寻峰区间内的色谱信号，接下来就是对区间内的信号做处理；

（2）采用中心滑动均值滤波法平滑色谱信号；经过平滑滤波后的色谱信号去掉了毛刺和噪声，为下一步的寻峰做准备，提高了寻峰的准确性；

（3）选择其中数值最大的数据点作为预设峰顶点；

（4）确定峰起点和峰终点，分别对预设峰顶点左右两边的数据进行计算和处理，设置适当的窗口宽度，以预设峰顶点为起点向左边滑动，若窗口内的值满足单调上升趋势，则继续向左滑动，直到不满足此条件，那么第一个不满足条件的窗口的第一个点就确定为峰起点。同理确定峰终点；

（5）确定了峰起点和峰终点，连接两点的直线与色谱信号所围成的面积便是峰面积。根据校准曲线便可计算出该成分的浓度。

上述方案中，所述步骤（4）中确定峰起点和终点的计算方法为：一阶导数及一阶导数变化趋势法，将这些数据的一阶导数记为d₁,d₂，…，d_n-1，条件1 为d₁d₂…d_n-1，条件2为d_i0，若窗口内的数据满足条件1或者条件2则继续向左滑行窗口，当窗口内的数据不满足条件1并且不满足条件2时停止滑行，该窗口的第一个点确定为峰起点。同理设条件3 为d₁d₂…d_n-1，条件4为d_i0，若窗口内的数据满足条件3或者条件4则继续向右滑行窗口，当窗口内的数据不满足条件3并且不满足条件4时停止滑行，该窗口的第一个点确定为峰终点，得到峰终点。若开始第一个窗口便符合可确定为峰起点或峰终点的条件，则判定为该区域内没有峰，结束寻峰。