[發明專利]一種基于DOAS的氣體濃度反演方法

在審

• 申請號: 202011607898.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112666104A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 張彬
• 申請（專利權）人: 西安鼎研科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種基于DOAS的氣體濃度反演方法，采集無光情況下的暗噪聲光譜；采集多組原始光譜和被測氣體的多組透射光譜并分別求平均值；利用原始光譜平均值和暗噪聲光譜計算得到目標原始光譜，利用透射光譜平均值和暗噪聲光譜計算得到目標透射光譜；通過目標原始光譜和目標透射光譜計算得到吸收光譜；利用吸收光譜擬合得到吸收光譜擬合曲線，利用吸收光譜擬合曲線計算得寬帶吸收截面；通過吸收光譜和寬帶吸收截面，計算差分吸收截面，得到差分吸收光譜；根據差分吸收光譜計算得到被測氣體對應的光學參量；通過被測氣體對應的光學參量擬合得到被測氣體的體濃度曲線。本發明能夠在保證氣體濃度的測量精度的同時能夠在降低測量系統成本。

技術領域

本發明涉及氣體分析領域，具體涉及一種基于DOAS的氣體濃度反演方法。

背景技術

差分吸收光譜技術(DOAS)由于測量原理簡單，響應快，可實現實時測量等優點，廣泛應用于氣體濃度測量系統中。近年來，紫外氣體分析儀廣泛應用于氣體濃度測量，特別是針對于大氣污染檢測和固定污染源監測中的二氧化硫和一氧化氮等的氣體濃度測量，其氣體測量系統主要由紫外光源(一般為脈沖氙燈或連續氘燈)，吸收氣室，光譜儀組成。這些氣體分析儀測量系統的所應用的方法就是差分吸收光譜技術(DOAS)。但是對于低濃度、短光程的氣體分析儀來說，由于光源的重復性和線性較差，被測氣體濃度低，吸收池光程較小等原因，導致光譜儀檢測到的光譜信號信噪比低，其測量誤差較大。但是提高光源性能或增加光程或使用高精度的光譜儀會導致測量系統整體成本增加。

發明內容

本發明的目的是針對現有方法的不足，提供一種基于DOAS的氣體濃度反演方法，在保證氣體濃度的測量精度的同時能夠在降低測量系統成本。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于DOAS的氣體濃度反演方法，包括如下過程：

采集無光情況下的暗噪聲光譜；采集多組原始光譜和被測氣體的多組透射光譜，對所采集的多組原始光譜和被測氣體的多組透射光譜分別求平均值；

利用原始光譜平均值和暗噪聲光譜計算得到目標原始光譜，利用透射光譜平均值和暗噪聲光譜計算得到目標透射光譜；

通過目標原始光譜和目標透射光譜計算得到吸收光譜；

利用吸收光譜擬合得到吸收光譜擬合曲線，利用吸收光譜擬合曲線計算得寬帶吸收截面；

通過吸收光譜和寬帶吸收截面，計算差分吸收截面，得到差分吸收光譜；

根據差分吸收光譜計算得到被測氣體對應的光學參量；

通過被測氣體對應的光學參量擬合得到被測氣體的體濃度曲線。

優選的，利用原始光譜平均值和暗噪聲光譜計算得到目標原始光譜的過程包括：

用原始光譜平均值減去暗噪聲光譜，得到目標原始光譜數據；

在目標原始光譜數據中截取出被測氣體特征吸收峰所對應的光譜數據區域；

對截取的被測氣體特征吸收峰所對應的光譜數據區域通過平滑算法進行處理，得到目標原始光譜。

優選的，利用透射光譜平均值和暗噪聲光譜計算得到目標透射光譜的過程包括：

用透射光譜平均值減去暗噪聲光譜，得到目標透射光譜數據；

在目標透射光譜數據中截取出被測氣體特征吸收峰所對應的光譜數據區域；

對截取的被測氣體特征吸收峰所對應的光譜數據區域通過平滑算法進行處理，得到目標透射光譜。

優選的，所述平滑算法包括五點三次平滑算法或小波平滑算法。

優選的，吸收光譜如下：