專利名稱：多組分紅外線煙氣分析儀中波形脈沖非線性失真的補償方法
技術領域：
本發明涉及一種多組分紅外線煙氣體分析儀，尤其涉及該紅外線氣體 分析儀中波形脈沖非線性失真的補償方法。
技術背景針對鋼鐵、水泥等材料行業對質量控制的要求，以及火力發電、垃圾焚燒等行業環保排放監控的需要，需要同時在線檢測S02, N0x, CO, C02， 02等的 濃度的設備，即煙氣排放在線分析系統(CEMS)。目前該系統中的核心部件多組份氣體分析儀都采用不分光紅外氣體分 析器(NDIR)。 NDIR的方案是采用微音薄膜傳感器，該傳感器的靈敏度來自 內部填充的氣體，填充氣體的吸收光譜就是檢測器的工作波段，對被測氣 體的所有波段都起反映，比如C02氣體在2. 78 u m， 4. 28 u m , 14. 3 u m,三個波段都起反映所以靈敏度高。該方案的缺點是第一，若千擾氣體的吸收光譜與填充氣體的光譜重疊，則會產生氣體干擾吸收；所以應用到具體的 工程上就必須要知道被測氣體的所有組份，通過軟件進行模型校正；第二， 如果被檢測的氣體中的成份組成是變化的，則無法完全通過軟件校正；即 使是知道被測氣體的組成，也必須通過大量的實驗數據積累才能給出較精 確的模型，這對于諸如ABB或EMERSON這樣的大公司還不算什么，對于小 公司或新興的公司在建立初期是很困難的；第三，NDIR方案采用微音薄膜 傳感器內部填充的氣體濃度是固定的，因此一個傳感器的檢測量程不超過3 個數量級(比如0.01%到9%)，對于被測氣體濃度變化大的場合不適用；第 四，該方案一個傳感器只能測量一種氣體，要檢測多種氣體就要多個傳感器，成本高o針對上述的問題，申請人開發了-一種在煙氣排放在線分析系統(CEMS) 上使用的紅外線氣體分析儀。眾所周知，紅外傳感的原理是很多材料能吸收紅外輻射(由于分子 內振動)。對任何一種材料，它的吸收能力隨波長(它的吸收光譜)變化而 變化，不同材料有不同的吸收光譜。例如，C0的吸收峰在4.65wtii處，S02的吸收峰在7. 35tim處.朗伯一 比爾定律反應了此吸收規律。式中1(,——紅外輻射的初始能量；I"~~"紅外輻射被氣體吸收后的能量 k——與氣體及輻射波長有關的常數 C一""被測氣體濃度 d——輻射通過氣體層的厚度。 測量經吸收后紅外光的強度便能計算出相應氣體的濃度，這便是紅外 氣體分析的理論根據。紅外氣體傳感器運作的基本原理是依靠對以上事實 的發現。在紅外氣體傳感器中，由于采用固定帶寬的紅外濾光片，只要濾光片 帶寬足夠窄，可以完全屏蔽其它氣體組分得光譜干擾，因此應用到具體工 程上時無需了解被測氣體的組成；而且使用一個傳感器可以檢測多種氣體， 降低了生產成本。但是，通常一個信號通道不同脈沖分離是采用同步信號結合峰值檢測 技術，由于紅外傳感器的時間常數大，前一個脈沖峰值的變化會影響到后 一個脈沖的形狀從而產生非線性失真，使后一個脈沖產生峰值產生電位漂 移。這對單組份檢測來說會影響參比脈沖的穩定從而限制了極限含量的檢 觀IJ;對多組分檢測來說還會產生各組分之間非光譜重疊引起得氣體間干擾，這也是單個紅外檢測器在多組分氣體檢測上應用的瓶頸。如何克服這個缺陷是技術人員需要解決的問題。 發明內容本發明需要解決的技術問題是提供了一種多組分紅外線煙氣分析儀中 波形脈沖非線性失真的補償方法，旨在解決上述的問題。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下步驟實現的設定被修正脈沖的初始權值；通過試驗記錄該波形非線性失真情況；求出修正權值；計算經權值修正后的失真情況是否達到要求；否則修改設定被修正脈 沖的初始權值。與現有技術相比，本發明的有益效果是由于每個脈沖正負值給于不同的權值，同時不采用峰值檢測而改用脈沖包絡線積分，通過對積分的相 位和脈沖正負值的權值的算出，使得每個脈沖發生漂移時所選包絡線間的 積分值不變，從而使每個脈沖不受基線漂移影響而只對對應的信號起反映。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述當前的紅外光學氣體分析儀大多采用根據與零點的偏移值來計算當前 含量的方法，在通入零氣的時候，把當前的探測器數據記錄下來，作為一 個標準。以后的測量結果都根據這個數值以及當前的檢測數值做比較后得 出。但是由于溫度、氣壓、流量的波動，零點的數值會出現漂移的情況， 解決這個問題的辦法就是經常的調整零位，但是過于頻繁的調整會對分析 儀的正常工作帶來不便。從探測器取得的信號， 一個周期的信號大致如上，通常來說，將這個 信號轉化為對應的濃度值有兩種方法第一種是取峰值不同的峰值電壓代表不同的濃度，使用這種方法可 以達到一個很高的靈敏度，缺點是穩定性比較差，當參照零位波動時，測 量數值也跟著波動，而且對采樣的精度耍求也很髙，如糶不能確保每次都 能取樣到峰值，那造成的影響也是很大的。第一種是取面積把整個周期的電壓信號轉化為面積值來與濃度值對 應，這樣做的好處是穩定性相對要好，但是相應的靈敏度也會降低，參照 零位波動也會對測量數值造成影響。為了解決靈敏度以及穩定性的問題，本發明采用了加權值求積分面積 的方法，就是說，不同的電壓值在求面積的時候，所代表的值并不是呈直 線線性的，而是有各自的權值(根據出廠之前大量的測試以及分析得出)，比如說1如果代表0.001，那么10可能代表的只是0.002而不是0.010，這 樣的話，在零點波動的情況下，整體面積的變化幅度就降低到了-一個能夠 接受的水平。本發明是通過以下步驟實現的設定被修正脈沖的初始權值1;通過試驗記錄該波形非線性失真情況2;求出修正權值3;計算經權值修正后的失真情況是否達到要求；否則修改設定被修正脈 沖的初始權值4。在第1步驟中可以根據某批探測器中的2-3個探測器所對應的權值作為修正脈沖的 初始權值的參考；一般來說，每一批紅外傳感器的特性有一定的共性，這樣可以顯著加 快后續工作的進度。 在第2步驟中調整好被修整氣體分析儀的工作參數使之處與正常穩定工作狀態，并 使數據接口連接到專用數據采集系統；通入不同濃度被修整波形時間軸上 的前一個脈沖所對應的氣體，待數據穩定后記錄該脈沖的失真量作為后續計算的依據；至少要記錄滿量程的120%、 100%、 80°/。、 50%、 20%、 5%、 1%、 0.2%的8個氣體濃度的失真情況； 在第3步驟中A. 權值的取得過程權值由通標氣時獲取的周期數值求出將儀器連接至計算機；通入標 氣；儀器將數據傳輸到計算機；計算機存儲穩定狀態下的整個周期數值； 對是否已通入全部標氣進行判斷；如果是計算機對數值進行處理，取得 適合當前取得數據的各個數據段相應的權值；將權值下載至儀器；如果不 是，返回到通入標氣；當各個濃度的標氣的周期數值都取得后，在經驗權值的基礎上對各個 部分的權值進行調整，當調整后得權值表使得各個濃度標氣的周期面積呈 直線線性關系，即可說明，此權值表即為所求權值表，將此權值表下載至 分析儀器即可。B. 實時處理的過程當一個周期開始，從AD把探測器的數據讀取進來后，根據這個數值 在預先存在單片機里的參數表查找它的權值，然后計算出它代表的面積， 再處理下一個數據， 一直到一個周期的數值全部處理完，把面積得出，再 根據面積與濃度的對應關系計算出當前的濃度；計算權值的流程如下先使用一個初始的權值，y-k(x-b)4，其中y代表濃度值，取值為0 1， x為由分析儀傳給計算機的A/D芯片所采集的電壓值，b為一個定值，這個 值使得通零氣(純氮氣)時，測出來的y(濃度值)為0， k的初始值置為l，然后，改變k的大小，再對各個不同標氣的完整周期重新進行整個面積的 求算(即對采樣而得得數據每一個都帶入這個公式，并將結果累加)，然后 看得出的結果是否呈直線線性(比如0.2%的標氣求出的面積是0.2,0.4%的標氣求出面積是0.4， 0.6%的標氣求出面積是0.6……)，如果不是則改變 k的數值再進行下一次計算，直到達到滿意的結果(算出的面積基本呈直線 線性)為止，然后將這個公式下載到分析儀作為這臺分析儀的權值表。這樣的做法，在保持穩定性的同時，由于峰值電壓的權值比較高的緣 故，靈敏度也沒有降低，能達到一個很好的平衡。在第4步驟中把裝入權值公式的分析儀再次通入不同濃度的被測氣體，如果是單組 份的設備就檢査5分鐘內參考波段在不同狀態子下變化是否小于0.5%;如 果是多組分設備還要檢查通入一種被測氣體時其他氣體的結果變化量不能 大于0.5%;如不能滿足上述要求就要修改脈沖的初始權值重新計算。
權利要求
1. 一種多組分紅外線煙氣分析儀中波形脈沖非線性失真的補償方法，是通過以下步驟實現的設定被修正脈沖的初始權值(1)；通過試驗記錄該波形非線性失真情況(2)；求出修正權值(3)；計算經權值修正后的失真情況是否達到要求；否則修改設定被修正脈沖的初始權值(4)。
2. 根據權利要求1所述的多組分紅外線煙氣分析儀中波形脈沖非線性 失真的補償方法-在第(1)步驟中可以根據某批探測器中的2-3個探測器所對應的權值作為修正脈沖的初始權值的參考；在第(2)步驟中調整好被修整氣體分析儀的工作參數使之處與正常穩定工作狀態，并使數據接口連接到專用數據采集系統；通入不同濃度被修整波形時間軸上的前一個脈沖所對應的氣體，待數據穩定后記錄該脈沖的失真量作為后續計算的依據；在第(3)步驟中A.權值的取得過程權值由通標氣時獲取的周期數值求出將儀器連接至計算機；通入標 氣；儀器將數據傳輸到計算機；計算機存儲穩定狀態下的整個周期數值； 對是否已通入全部標氣進行判斷；如果是計算機對數值進行處理，取得 適合當前取得數據的各個數據段相應的權值；將權值下載至儀器；如果不 是，返回到通入標氣；當各個濃度的標氣的周期數值都取得后，在經驗權值的基礎上對各個 部分的權值進行調整，當調整后得權值表使得各個濃度標氣的周期面積呈 直線線性關系，即可說明，此權值表即為所求權值表，將此權值表下載荃 分析儀器即可；B.實時處理的過程當一個周期開始，從AD把探測器的數據讀取進來后，根據這個數值 在預先存在單片機里的參數表査找它的權值，然后計算出它代表的面積， 再處理下一個數據， 一直到一個周期的數值全部處理完，把面積得出，再 根據面積與濃度的對應關系計算出當前的濃度；在第(4)步驟中把裝入權值公式的分析儀再次通入不同濃度的被測氣體，如果是單組 份的設備就檢査5分鐘內參考波段在不同狀態子下變化是否小于0.5%;如果是多組分設備還要檢査通入一種被測氣體時其他氣體的結果變化量不能大于0.5%;如不能滿足上述要求就要修改脈沖的初始權值重新計算。
3.根據權利要求2所述的多組分紅外線煙氣分析儀中波形脈沖非線性失真的補償方法在第(2)步驟中至少要記錄滿量程的120%、 100%、 80°/。、 50%、 20%、 5°/。、 1°/。、 0.2%的8個氣體濃度的失真情況； 在第(3)步驟中 計算權值的流程如下先使用一個初始的權值，y-k(x-b)4，其中y代表濃度值，取值為0 1， x為由分析儀傳給計算機的A/D芯片所采集的電壓值，b為一個定值，這個 值使得通零氣時，測出來的y為0， k的初始值置為l，然后，改變k的大 小，再對各個不同標氣的完整周期重新進行整個面積的求算，然后看得出的結果是否呈直線線性；如果不是則改變k的數值再進行下一次計算，直 到達到滿意的結果為止，然后將這個公式下載到分析儀作為這臺分析儀的 權值表。
全文摘要
本發明涉及一種多組分紅外線煙氣分析儀中波形脈沖非線性失真的補償方法，是通過以下步驟實現的設定被修正脈沖的初始權值(1)；通過試驗記錄該波形非線性失真情況(2)；求出修正權值(3)；計算經權值修正后的失真情況是否達到要求；否則修改設定被修正脈沖的初始權值(4)；本發明的有益效果是由于每個脈沖正負值給于不同的權值，同時不采用峰值檢測而改用脈沖包絡線積分，通過對積分的相位和脈沖正負值的權值的算出，使得每個脈沖發生漂移時所選包絡線間的積分值不變，從而使每個脈沖不受基線漂移影響而只對對應的信號起反映。
文檔編號G01N21/31GK101226142SQ20071003665
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月19日 優先權日2007年1月19日
發明者磊 張 申請人:上海寶英光電科技有限公司