混合气体测量中重叠吸收谱线交叉干扰的分离解析方法

• 作者: 王前进 孙鹏帅 张志荣 张乐文 杨曦 吴边 庞涛 夏滑 李启勇
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 可调谐二极管激光吸收光谱 混合气体 谱线重叠 支持向量回归
• 年，卷（期）: 2021,（14）
• 所属期刊栏目: 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学|ELECTROMAGNETISM, OPTICS, ACOUSTICS, HEAT TRANSFER,CLASSICAL MECHANICS, AND FLUID DYNAMICS
• 页码范围: 227-236
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20210286

摘要

在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)进行多种组分混合气体测量时,经常会遇到吸收谱线之间存在相互干扰的现象,这也是使用该技术测量过程中的主要"瓶颈".比如在前期的应用中:微量一氧化碳(CO)和甲烷气体(CH4)在同时检测时两者的吸收谱线存在严重的重叠干扰现象,特别是在高浓度CH4存在的环境下,微量CO气体吸收信号会被干扰甚至湮没,无法实现有效解调,这是通过谱线选取所不能解决的问题.因此,针对此问题本文提出了基于支持向量回归模型,以CO和CH4吸收谱线的严重重叠干扰问题为例,通过选择线性核函数建立CO支持向量回归模型和CH4支持向量回归模型,可对CO和CH4的混合气体吸收谱线进行解调,最终获得两种气体浓度的准确测量结果.通过实验分别实现了四种不同浓度CH4环境下微量CO气体的检测,得到的CO和CH4浓度(气体的体积分数)测量的绝对误差分别小于2×10–6和0.2×10–2;通过不同浓度的固定配比实验分析,CO和CH4气体的测量值与实际值之间的相关系数分别达到了0.998和0.9995,且CO和CH4气体测量结果的绝对误差分别不超过2×10–6和0.1×10–2,完全满足了混合气体的精确测量,为实现多场合混合气体目标的实时监测提出了解决方案.