[發(fā)明專利]大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910067679.5
• 申請(qǐng)日: 2009-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101793825A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常勝江;陳揚(yáng);張?zhí)珜?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開(kāi)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括短脈沖激光、光路部分、熒光光譜的采集部分、數(shù)據(jù)處理與分析部分；其特點(diǎn)在于：飛秒脈沖激光器(1)發(fā)出的飛秒脈沖激光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡(2)和反射鏡(3)后在樣品池(4)中聚焦，樣品池(4)，為密閉容器，經(jīng)三個(gè)閥門(mén)分別與待測(cè)氣體、氣壓表和真空抽氣泵相接；樣品池有三個(gè)通光窗口，分別位于樣品池兩端與側(cè)壁，通光窗口為石英玻璃，兩端的通光窗口為脈沖激光的入射窗口和出射窗口。側(cè)壁的通光窗口用于采集熒光光譜數(shù)據(jù)。樣品池所接氣壓表為精密數(shù)字壓力表，精度0.05％，樣品池內(nèi)保持1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。光束在樣品池(4)中聚焦后會(huì)形成等離子體通道即成“絲”現(xiàn)象出現(xiàn)，絲狀脈沖光場(chǎng)內(nèi)的高密度能量使生化污染物分子發(fā)生非線性電離和解離，產(chǎn)生具有分子光譜特性的熒光光譜，光譜經(jīng)透鏡組(5)成像后被分光光度計(jì)與CCD探測(cè)后得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入小波濾波模塊(7)進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)的除噪處理，再分別進(jìn)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊(8)和主成份分析模塊(9)進(jìn)行氣體的定性分類和定量分析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：短脈沖光源(1)為一飛秒脈沖激光。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：樣品池(4)為密閉容器，有三個(gè)閥門(mén)與外界相同，分別用于接氣體、氣壓表與真空抽氣泵；樣品池有三個(gè)通光口，分別位于樣品池兩端與側(cè)壁，通光口采用石英玻璃密封，兩端的通光口用于接收脈沖激光，側(cè)壁的通光口用于采集非線性熒光光譜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：光譜儀(6)型號(hào)為Actonspectrapro-150，采樣點(diǎn)數(shù)為3979。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：小波濾波模塊(7)為計(jì)算機(jī)或DSP上實(shí)現(xiàn)的功能模塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊(8)為計(jì)算機(jī)或DSP上實(shí)現(xiàn)的功能模塊，為前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入量為經(jīng)壓縮和除噪后的光譜數(shù)據(jù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：主成分定量分析模塊(9)由計(jì)算機(jī)或DSP實(shí)現(xiàn)，主要完成光譜數(shù)據(jù)的主成份分析功能，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)算法，其特征在于它要經(jīng)過(guò)下述步驟：

一、建立氣體數(shù)據(jù)庫(kù)：

1)計(jì)算待分析氣體不同濃度下純氣與空氣的比例；

2)將樣品池抽成真空；

3)按計(jì)算所得的比例向樣品池中注入純氣與空氣；

4)采集非線性熒光光譜；

5)改變濃度重復(fù)以上步驟；

6)更換氣體種類重復(fù)以上步驟。

二、濾波階段：

1.將獲得的熒光光譜進(jìn)行小波變換；

2.用小波濾波算法對(duì)變換所得的小波系數(shù)進(jìn)行閾值處理；

3)將處理后的小波系數(shù)逆變換后獲得除噪濾波后的光譜。

三、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)種類和濃度已知的氣體樣本進(jìn)行訓(xùn)練：

1.采集到的各種摻雜氣體在不同濃度時(shí)的光譜數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫(kù)；

2.將光譜數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，氣體種類的編號(hào)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的期望輸出，按背傳學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，直到網(wǎng)絡(luò)收斂。

四、對(duì)種類和濃度已知的氣體樣本進(jìn)行主成分分析：

1)同種氣體不同濃度的光譜按變化趨勢(shì)劃分多個(gè)特征峰團(tuán)，并取其每個(gè)峰團(tuán)平均光強(qiáng)作為特征峰團(tuán)光強(qiáng)。

a)對(duì)特征峰團(tuán)光強(qiáng)進(jìn)行主成分分析得到各主成分系數(shù)。

b)對(duì)不同濃度氣體譜的第一主成分強(qiáng)度進(jìn)行多項(xiàng)式曲線擬合得到主成份的強(qiáng)度與氣體濃度的關(guān)系曲線。

c)更換氣體種類重復(fù)以上步驟。

五、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)待測(cè)氣體進(jìn)行分類：

1.將待分類氣體注入樣品池；

2.入射飛秒脈沖激光并采集非線性熒光光譜；

3.將光譜進(jìn)行小波濾波去噪處理；

4.將濾波后的光譜作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入；

5)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出端得到氣體種類的編號(hào)，按最相近原則確定氣體的分類結(jié)果。

六、對(duì)待測(cè)氣體進(jìn)行主成分定量分析：

1.將待分類氣體注入樣品池；

2.入射飛秒脈沖激光并采集非線性熒光光譜；

3.將光譜進(jìn)行小波濾波去噪處理；

4.按四中第1)步驟，將濾波后的光譜劃分成多個(gè)特征峰團(tuán)，并取每個(gè)峰團(tuán)平均光強(qiáng)作為特征峰團(tuán)光強(qiáng)；

5.將特征峰團(tuán)光強(qiáng)投影到各主成分上，取第一主成分強(qiáng)度代入擬合多項(xiàng)式得到氣體濃度。