紅外光譜氣體在線應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

1、復(fù)雜多組分混合氣的光譜分析關(guān)復(fù)雜多組分混合氣的光譜分析關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用鍵技術(shù)及其應(yīng)用湯曉君湯曉君 2013-09-16 西安西安提提 綱綱一一 科學(xué)儀器概論科學(xué)儀器概論二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景三三 總體思路與技術(shù)路線總體思路與技術(shù)路線四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)五五 研究成果研究成果一一 科學(xué)儀器概論科學(xué)儀器概論1)1)分析儀器分析儀器 9)9)醫(yī)學(xué)診斷儀器醫(yī)學(xué)診斷儀器 2)2)物理性能測試儀器物理性能測試儀器 10)10)核儀器核儀器 3)3)計量儀器計量儀器 11)11)特種檢測儀器特種檢測儀器 4)4)天文儀器天文儀器 5)5)海洋儀器海洋儀器 6)6)地球探測儀器地球探測儀器

2、7)7)大氣探測儀器大氣探測儀器 8)8)電子測量儀器電子測量儀器 應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗齯氣體監(jiān)測應(yīng)用廣泛，關(guān)系到國計民生，但待測氣體大多是多氣體監(jiān)測應(yīng)用廣泛，關(guān)系到國計民生，但待測氣體大多是多組分混合氣體組分混合氣體石油、天然氣勘探依賴氣體的在線分析來評判石油、天然氣勘探依賴氣體的在線分析來評判氣體分析也是井噴災(zāi)害的預(yù)防手段氣體分析也是井噴災(zāi)害的預(yù)防手段二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景 絕大部分礦難是由于瓦斯引起的，礦井安全依賴于氣體在線分絕大部分礦難是由于瓦斯引起的，礦井安全依賴于氣體在線分析結(jié)果來評判。瓦斯一直困擾著我國的煤炭安全生產(chǎn)。析結(jié)果來評判。瓦斯一直困擾著我國的煤炭安全

3、生產(chǎn)。二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗?許多電力設(shè)備，如變壓器，主要靠氣體分析來評估運(yùn)行狀態(tài) 變壓器油中氣體分析是變壓故障診斷的重要手段；變壓器油中氣體分析是變壓故障診斷的重要手段； 六氟化硫分析物的在線分析是開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的重要評估依據(jù)。六氟化硫分析物的在線分析是開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的重要評估依據(jù)。 目前，電力設(shè)備的故障診斷準(zhǔn)確率還不夠令人滿意，變壓器的準(zhǔn)確率只有目前，電力設(shè)備的故障診斷準(zhǔn)確率還不夠令人滿意，變壓器的準(zhǔn)確率只有70%70%。二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗?氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗?溫室氣體

4、排放的監(jiān)測是我國“十二五”的重要議題 藍(lán)天被藍(lán)天被濃煙所濃煙所遮蓋遮蓋 溫室氣體排溫室氣體排放監(jiān)測已列放監(jiān)測已列入入 “十二五十二五”科技計劃科技計劃二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗齯氣體監(jiān)測是特種刑偵的重要手段氣體監(jiān)測是特種刑偵的重要手段 警犬在許多方面緝毒受限：不可暗中查訪，受刺激性氣味影響。警犬在許多方面緝毒受限：不可暗中查訪，受刺激性氣味影響。 氣體酒駕測試還不過關(guān)，需要血液化驗最終核定。氣體酒駕測試還不過關(guān)，需要血液化驗最終核定。二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗齯艦艇、飛機(jī)、航天器中的空氣質(zhì)量監(jiān)控是上天入地工程的一艦艇、飛機(jī)

5、、航天器中的空氣質(zhì)量監(jiān)控是上天入地工程的一項重要工作。項重要工作。 軍艦、潛艇長時間航行后，士兵常常感到頭暈；軍艦、潛艇長時間航行后，士兵常常感到頭暈； F22F22進(jìn)氣道的缺陷直接導(dǎo)致了它的停飛。進(jìn)氣道的缺陷直接導(dǎo)致了它的停飛。二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗龖?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗囄矚夥治鰞?yōu)汽車尾氣分析優(yōu)化發(fā)動機(jī)化發(fā)動機(jī)汽車尾氣分析研汽車尾氣分析研究燃燒學(xué)究燃燒學(xué)u氣體在線監(jiān)測也是許多科學(xué)研究與工程開發(fā)的重要手段。氣體在線監(jiān)測也是許多科學(xué)研究與工程開發(fā)的重要手段。二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀u目前的混合氣分析技術(shù)各有千秋，尚無完美的方法目前的混合氣分析技

6、術(shù)各有千秋，尚無完美的方法 常規(guī)氣敏傳感器，如分光型光電式、半導(dǎo)體、電化學(xué)氣敏傳感常規(guī)氣敏傳感器，如分光型光電式、半導(dǎo)體、電化學(xué)氣敏傳感器價格低廉，體積小，重量輕，但在準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、選擇性器價格低廉，體積小，重量輕，但在準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、選擇性與分辨力等方面性能較低；與分辨力等方面性能較低；l電化學(xué)氣體傳感器電化學(xué)氣體傳感器壽命短壽命短l新型微納米氣體傳感器新型微納米氣體傳感器整體尚處于實驗室階段整體尚處于實驗室階段l半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器只在工業(yè)現(xiàn)場做定性報警用只在工業(yè)現(xiàn)場做定性報警用l紅外光柵光纖、分光型光電式紅外光柵光纖、分光型光電式難以區(qū)分同種類分子氣體難以區(qū)分同種類分子氣體

7、u氣相色譜法分辨力高，準(zhǔn)確高，但色譜柱易受污染，維護(hù)成氣相色譜法分辨力高，準(zhǔn)確高，但色譜柱易受污染，維護(hù)成本高，成本高，安全性也較低，速度慢。一般只能本高，成本高，安全性也較低，速度慢。一般只能離場離場( (ex situ) )在線分析；在線分析；二二 氣體分析應(yīng)用氣體分析應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀u質(zhì)譜法靈敏度高，分析準(zhǔn)確，速度快，但對異構(gòu)體氣體難質(zhì)譜法靈敏度高，分析準(zhǔn)確，速度快，但對異構(gòu)體氣體難于區(qū)分，操作復(fù)雜，價格昂貴，易受污染，維護(hù)費(fèi)用高。于區(qū)分，操作復(fù)雜，價格昂貴，易受污染，維護(hù)費(fèi)用高。二二 氣體分析應(yīng)用氣體分析應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀二二 氣體分析應(yīng)用氣體分析應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀 光譜法靈敏

8、度高，穩(wěn)定，速度快，安全，可免維護(hù)，但分子結(jié)構(gòu)相近氣體難于區(qū)分。2800285029002950300030503100315000.511.5Wavenumber(cm-1)Absorbancemethaneethanepropaneiso-butanen-butaneiso-pentanen-pentane烷烴紅外吸收光譜的交疊性烷烴紅外吸收光譜的交疊性二二 氣體分析應(yīng)用氣體分析應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀分析時間則需分析時間則需要要400400900900秒秒u 文獻(xiàn)查新及對比文獻(xiàn)查新及對比 查新關(guān)鍵詞：錄井、紅外光譜查新關(guān)鍵詞：錄井、紅外光譜 密切相關(guān)文獻(xiàn)密切相關(guān)文獻(xiàn)A類期刊Applied S

9、pectroscopy分析組分：水分析組分：水,甲烷甲烷,乙烷乙烷, 乙烯乙烯（water, methane, ethane, ethene）定性分析組分定性分析組分：C1, C2C5, C6+, and CO2會議論文會議論文二二 氣體分析應(yīng)用氣體分析應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀u 色譜法色譜法光譜法聯(lián)用，色譜法光譜法聯(lián)用，色譜法質(zhì)譜法聯(lián)用，幾乎可以準(zhǔn)確分析所有的質(zhì)譜法聯(lián)用，幾乎可以準(zhǔn)確分析所有的氣體，但進(jìn)一步增加了成本和維護(hù)成本，需要專門培訓(xùn)操作員氣體，但進(jìn)一步增加了成本和維護(hù)成本，需要專門培訓(xùn)操作員. .二二 氣體分析應(yīng)用背景氣體分析應(yīng)用背景u關(guān)鍵問題一：關(guān)鍵問題一：何種氣體傳感器能何種氣體傳感

10、器能長期穩(wěn)定長期穩(wěn)定應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場？現(xiàn)場？u關(guān)鍵問題二：關(guān)鍵問題二：對于具有對于具有交叉敏感交叉敏感的多傳感器系統(tǒng)在小的多傳感器系統(tǒng)在小樣本條件下，如何建立準(zhǔn)確正模型，獲得準(zhǔn)確結(jié)果？樣本條件下，如何建立準(zhǔn)確正模型，獲得準(zhǔn)確結(jié)果？u關(guān)鍵問題三：關(guān)鍵問題三：如何解決具有如何解決具有相同分子基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)相同分子基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)相近相近氣體組分，如烷烴氣體組分，如烷烴C C1 1C C5 5的準(zhǔn)確辨識難題？的準(zhǔn)確辨識難題？u關(guān)鍵問題四關(guān)鍵問題四：如何避免：如何避免干擾氣干擾氣帶來的影響？帶來的影響？ （關(guān)鍵技術(shù)問題）（關(guān)鍵技術(shù)問題）三三 總體思路與技術(shù)路線總體思路與技術(shù)路線 氣體紅外分析原理

11、氣體紅外分析原理邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀三三 總體思路與技術(shù)路線總體思路與技術(shù)路線被測氣體被測氣體多組分復(fù)雜混合氣體分析平臺多組分復(fù)雜混合氣體分析平臺應(yīng)用研究應(yīng)用研究 +組成基本的分析平臺組成基本的分析平臺探尋探尋可實用化的氣體可實用化的氣體體傳感器體傳感器接口電路接口電路CPUCPU基本軟件算法基本軟件算法多傳感器多傳感器信息融合算法信息融合算法智能化軟件智能化軟件外圍環(huán)節(jié)外圍環(huán)節(jié)l可測氣體可測氣體1313種（種（9/119/11）l可測量復(fù)雜混合氣體：可測量復(fù)雜混合氣體： 含相同分子基團(tuán)、含相同分子基團(tuán)、 分子結(jié)構(gòu)相同的分子結(jié)構(gòu)相同的 多組分混合氣體多組分混合氣體實現(xiàn)基本功能：實現(xiàn)基本

12、功能：l數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集l刻度轉(zhuǎn)換刻度轉(zhuǎn)換（由傳感器輸出（由傳感器輸出求被測氣體濃度）求被測氣體濃度）實現(xiàn)智能化功能：實現(xiàn)智能化功能：足夠高的足夠高的l準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性l分辨力分辨力l信噪比信噪比l快速響應(yīng)性快速響應(yīng)性l連接氣路連接氣路l自校準(zhǔn)閉自校準(zhǔn)閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)l數(shù)據(jù)無線數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)傳系統(tǒng)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)+四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) ( (概述概述) )1.1.海量實驗標(biāo)定樣本的問題。在小樣本條件下，對具有交叉敏感海量實驗標(biāo)定樣本的問題。在小樣本條件下，對具有交叉敏感的多傳感器系統(tǒng)，提出了建立正、逆模型的標(biāo)定新方法，解決的多傳感器系統(tǒng)，提出了建立正、逆模型的標(biāo)定新方法，解決了需要海量實驗標(biāo)定樣本的難

13、題；了需要海量實驗標(biāo)定樣本的難題；2.2.分子結(jié)構(gòu)相近氣體的分離問題。提出特征變量提取分子結(jié)構(gòu)相近氣體的分離問題。提出特征變量提取畸變修正畸變修正光譜圖重構(gòu)光譜圖重構(gòu)動態(tài)補(bǔ)償動態(tài)補(bǔ)償聯(lián)合濾波的智能化分析新技術(shù)，解聯(lián)合濾波的智能化分析新技術(shù)，解決了分子結(jié)構(gòu)相近氣體，如烷烴決了分子結(jié)構(gòu)相近氣體，如烷烴C C1 1C C5 5的光譜分析分離度難題；的光譜分析分離度難題；3.3.干擾氣問題。多分析模型信息融合干擾氣問題。多分析模型信息融合- -光譜圖重構(gòu)法克服了干擾氣光譜圖重構(gòu)法克服了干擾氣帶來的影響帶來的影響。采用采用“多維曲面拆分附加樣本法多維曲面拆分附加樣本法”和和“多級分類多逆模型多級分類多逆

14、模型”正、逆模型建模法正、逆模型建模法，解決解決：具有交叉敏感的多傳感器系統(tǒng)傳統(tǒng)多維標(biāo)定需要海量標(biāo)定樣本難題具有交叉敏感的多傳感器系統(tǒng)傳統(tǒng)多維標(biāo)定需要海量標(biāo)定樣本難題。四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)正、逆模型的標(biāo)定方法正、逆模型的標(biāo)定方法信息融信息融合算法合算法傳感器傳感器1傳感器傳感器2傳感器傳感器n 1 2 mx1=f1( 1, 2, n)x2=f2( 1, 2, n)xn=fn( 1, 2, n)y1=g1(x1, x2, xn)y2=g2(x1, x, xn)ym=gm(x1, x2, xn)正模型正模型逆模型逆模型高維曲面高維曲面xi=fi( 1, 2, , l)l=9、11二維曲面二維曲面

15、曲線插值曲線插值拆分降維拆分降維生成附生成附加樣本加樣本利用被測量之利用被測量之間的正交性間的正交性多級分類多級分類信息融合信息融合逆模型逆模型yi=gi(x1, x2, xn)舉例說明：常規(guī)實驗標(biāo)定法舉例說明：常規(guī)實驗標(biāo)定法總標(biāo)定點數(shù)總標(biāo)定點數(shù)/ /樣本數(shù)據(jù)組數(shù)樣本數(shù)據(jù)組數(shù)i=nl=77=82萬萬被測量維數(shù)被測量維數(shù)=7=7每維數(shù)標(biāo)定點數(shù)每維數(shù)標(biāo)定點數(shù)n=7總標(biāo)定時間總標(biāo)定時間T=t i=7.9年年標(biāo)定一個點需時標(biāo)定一個點需時t=5分鐘分鐘無法實現(xiàn)無法實現(xiàn)！正、逆模型的標(biāo)定方法正、逆模型的標(biāo)定方法四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明專利兩項發(fā)明專利兩項：ZL03134434.3 ZL201010270

16、822.3 新方法實施后的效果新方法實施后的效果u使使7 7維標(biāo)定實驗，所需標(biāo)定次數(shù)由維標(biāo)定實驗，所需標(biāo)定次數(shù)由8282萬萬次次 166166次，使標(biāo)定時間由次，使標(biāo)定時間由7.97.9年年 3 3天；天；u在在166166組小樣本條件下，仍能滿足對多組分復(fù)雜混合氣體的辨識要求。組小樣本條件下，仍能滿足對多組分復(fù)雜混合氣體的辨識要求。 （相同分子基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)相近、光譜嚴(yán)重交疊）（相同分子基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)相近、光譜嚴(yán)重交疊）解決了：解決了：u多組分復(fù)雜混合氣體烷烴多組分復(fù)雜混合氣體烷烴C C1 1C C5 5氣體光氣體光譜分析的分離度難題（分子基團(tuán)相同、譜分析的分離度難題（分子基團(tuán)相同、分子結(jié)構(gòu)

17、相近、光譜嚴(yán)重交疊）；分子結(jié)構(gòu)相近、光譜嚴(yán)重交疊）；u特別是其中某些組分濃度極大或未知特別是其中某些組分濃度極大或未知的非目標(biāo)氣體干擾條件下，對另一些微的非目標(biāo)氣體干擾條件下，對另一些微量氣體組分極弱信號進(jìn)行高分辨力、高量氣體組分極弱信號進(jìn)行高分辨力、高信噪比、高準(zhǔn)確度地辨識難題；信噪比、高準(zhǔn)確度地辨識難題；保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)多級特征集提取多級特征集提取數(shù)字聯(lián)合濾波數(shù)字聯(lián)合濾波光譜基線畸變修正光譜基線畸變修正信號動態(tài)補(bǔ)償多信號動態(tài)補(bǔ)償多種智能化多傳感器數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)。種智能化多傳感器數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)。光譜特征變量集提光譜

18、特征變量集提取優(yōu)化模塊取優(yōu)化模塊多逆模型模塊多逆模型模塊基線漂移與畸變自基線漂移與畸變自校正模塊校正模塊掃描背景？掃描背景？掃描背景掃描背景多逆模型模塊多逆模型模塊動態(tài)補(bǔ)償模塊動態(tài)補(bǔ)償模塊聯(lián)合濾波模塊聯(lián)合濾波模塊光譜數(shù)據(jù)光譜數(shù)據(jù)x1, x2, , xm多組分氣體濃度值y1, y2, , yn光譜重構(gòu)光譜重構(gòu)授權(quán)發(fā)明專利三項授權(quán)發(fā)明專利三項：ZL02139414.8ZL02139414.8 ZL200410025978.x ZL201010268039.3 ZL200410025978.x ZL201010268039.3申請發(fā)明專利三項申請發(fā)明專利三項： 201010218580.3 2012

19、10076501.9201010218580.3 201210076501.9 201110355413.8201110355413.8瞬變噪聲濾波前后對比瞬變噪聲濾波前后對比(噪聲水平由噪聲水平由800ppm降低到降低到100ppm)010020030040050060000.10.2iso-butaneTime(minute)Concentration(%)without filterwith filter010020030040050060000.10.2iso-pentaneTime(minute)Concentration(%)without filterwith filter 光譜

20、光譜10%10%色譜：色譜：5.7%5.7%光譜光譜0.02%0.02%C1大濃度條件下（大濃度條件下（10%）對對C2小濃度具有高分辨率小濃度具有高分辨率C1C2保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)實施效果實施效果：基線畸變修正前后對比基線畸變修正前后對比50010001500200025003000350040000.70.80.911.1波數(shù)(cm-1)透射率(%) 校正前光譜校正后光譜重構(gòu)光譜8608809000.99811.0021.004波數(shù)(cm-1) 修正前修正前修正后修正后關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法基于改進(jìn)基于改進(jìn)T

21、RTR正則目標(biāo)泛函最優(yōu)解的正則目標(biāo)泛函最優(yōu)解的光譜特征變量多維特征集提取優(yōu)化光譜特征變量多維特征集提取優(yōu)化法法傳統(tǒng)主元分析法、前向選擇法、小波系數(shù)法、傳統(tǒng)主元分析法、前向選擇法、小波系數(shù)法、 Tikhonov正則化法、遺傳優(yōu)化算法、粒子群正則化法、遺傳優(yōu)化算法、粒子群優(yōu)化算法等特征提取未考慮系數(shù)和不為優(yōu)化算法等特征提取未考慮系數(shù)和不為0，及，及譜線位置的影響，特征變量受低頻干擾影響；譜線位置的影響，特征變量受低頻干擾影響；基于混沌基于混沌噪聲與邊界約束的數(shù)噪聲與邊界約束的數(shù)字聯(lián)合濾波法；（字聯(lián)合濾波法；（非平穩(wěn)濾波非平穩(wěn)濾波）一般濾波器、相關(guān)法不適用于消除瞬變信一般濾波器、相關(guān)法不適用于消除瞬

22、變信號疊加的尖峰噪聲；號疊加的尖峰噪聲；光譜儀光譜基線漂移、畸變光譜儀光譜基線漂移、畸變的分段在線自修正技術(shù)；的分段在線自修正技術(shù)；傳統(tǒng)基線校正方法計算量大，影響系統(tǒng)的傳統(tǒng)基線校正方法計算量大，影響系統(tǒng)的快速響應(yīng)性?？焖夙憫?yīng)性。在交叉敏感情況下基于盲解卷積動在交叉敏感情況下基于盲解卷積動態(tài)補(bǔ)償器的多傳感器系統(tǒng)動態(tài)補(bǔ)償態(tài)補(bǔ)償器的多傳感器系統(tǒng)動態(tài)補(bǔ)償方法方法傳統(tǒng)一個被測量的單傳感器系統(tǒng)動態(tài)補(bǔ)償傳統(tǒng)一個被測量的單傳感器系統(tǒng)動態(tài)補(bǔ)償法不適用于具有交叉敏感的多傳感器系統(tǒng)；法不適用于具有交叉敏感的多傳感器系統(tǒng)；基于勾型損失函數(shù)的光譜圖重構(gòu)法基于勾型損失函數(shù)的光譜圖重構(gòu)法常規(guī)方法通過譜圖對比來避免未知氣體的

23、常規(guī)方法通過譜圖對比來避免未知氣體的干擾，非常耗時。干擾，非常耗時。四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)甲烷特征集優(yōu)化結(jié)甲烷特征集優(yōu)化結(jié)果果:光譜數(shù)據(jù)由光譜數(shù)據(jù)由1866條降為條降為3條條ymethane =Xb+e =1.698v3016.1- 0.852v3003.3 -0.846v3024.550010001500200025003000350040000.20.40.60.81Wavenumber(cm-1)TransmittanceC1C2C3iC4nC4iC5nC5cC5iC6nC6cC6確定譜線靈敏度確定

24、譜線靈敏度sj0的非敏感區(qū)的非敏感區(qū)baselinej=mean(vj)+SjCT ratej= (baselinej+1- baselinej)/(numj+1-numj) vj,j+1(numj:numj+1)= vj,j+1(numj:numj+1)-(baselinej+ratej (numj:numj+1)T-numj) 2800285029002950300030503100315000.511.5Wavenumber(cm-1)Absorbancemethaneethanepropaneiso-butanen-butaneiso-pentanen-pentanev3003.3v3

25、016.1v3024.5光譜基線漂移、畸變的分段在線自修正技術(shù)光譜基線漂移、畸變的分段在線自修正技術(shù)（平移、旋轉(zhuǎn)及（平移、旋轉(zhuǎn)及sj0非敏感區(qū)線性化處理）非敏感區(qū)線性化處理）改進(jìn)改進(jìn)TR正則目標(biāo)泛函最優(yōu)解的光譜正則目標(biāo)泛函最優(yōu)解的光譜特征變量多維特征集提取優(yōu)化法特征變量多維特征集提取優(yōu)化法11minacnnbijikiiijikbiiacxxcCc llyLTR目標(biāo)泛函由目標(biāo)泛函由bbaaLbyXbmin50010001500200025003000350040000.70.80.911.1波數(shù)(cm-1)透射率(%) 校正前光譜校正后光譜重構(gòu)光譜8608809000.99811.0021.0

26、04波數(shù)(cm-1) 平移處理旋轉(zhuǎn)處理保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)四四 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)9209309409509609709800.99511.005逼近光譜實際光譜紅虛線處紅虛線處實際光譜有吸收峰，實際光譜有吸收峰， 重構(gòu)光譜無吸收峰，重構(gòu)光譜無吸收峰，表明重構(gòu)法最大限度消除了未知氣體表明重構(gòu)法最大限度消除了未知氣體對目標(biāo)氣體分析結(jié)果的干擾。對目標(biāo)氣體分析結(jié)果的干擾。光譜重構(gòu)降低未知干擾氣影響及效果光譜重構(gòu)降低未知干擾氣影響及效果i透射率波數(shù)（CM-1）重構(gòu)光譜實際光譜i保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)保證分析平臺高性能的智能化分析技術(shù)四四 關(guān)鍵技

27、術(shù)關(guān)鍵技術(shù)DOWN1(1)( )( log(1)log( ( )/NiiijjjijjC kC kwv kv kaUP1(1)( )( log(1)log( ( )/NiiijjjijjC kC kwv kv kaijijCijCijwpsss11ijNCijjjpSnoise20011LjljljvvnoiseLijijMmjmaSSCalog(1)log( )( )(1)( )(1)(1)( )(1)( )jijiiiiiijiiiiiivnvnC nCCC naC nC nC nC nC nC n若若Ci(k+1)UP Ci(k+1) Ci(k+1)Down，則，則Ci(k+1)維持不變

28、；維持不變；若若Ci(k+1)Ci(k+1)UP，則，則Ci(k+1)Ci(k+1)UP；若若Ci(k+1)120s120s，最高水平，最高水平30s30s但未普及使用但未普及使用動態(tài)性能動態(tài)性能很好，不受氣路管道影響，響應(yīng)時間很好，不受氣路管道影響，響應(yīng)時間主要由單次分析周期決定主要由單次分析周期決定差，嚴(yán)重受長氣路管道制約，響應(yīng)差，嚴(yán)重受長氣路管道制約，響應(yīng)時間在時間在3 3分鐘以上分鐘以上可探測油層厚度可探測油層厚度1 12 2米薄油層米薄油層1515米米數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)傳功能數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)傳功能有有無無日常維護(hù)日常維護(hù)簡便，可無人值守簡便，可無人值守復(fù)雜，必須有人值守，需載氣，管復(fù)雜，必須有人值

29、守，需載氣，管道易受污染需清洗道易受污染需清洗標(biāo)定周期標(biāo)定周期產(chǎn)品出廠后不需再標(biāo)定產(chǎn)品出廠后不需再標(biāo)定需每年至少標(biāo)定一次需每年至少標(biāo)定一次 突破突破1 12 2米薄油氣層探測的瓶頸！米薄油氣層探測的瓶頸！(紅外：100000,色譜：70000)(紅外：9200,色譜：4200)一種全新氣測錄井儀一種全新氣測錄井儀YQJKYQJK井口氣遠(yuǎn)程測定儀井口氣遠(yuǎn)程測定儀u同類技術(shù)同類技術(shù)與產(chǎn)品性與產(chǎn)品性能對比能對比有常數(shù)項，有常數(shù)項，有系統(tǒng)偏差有系統(tǒng)偏差五五 研究成果研究成果多組分復(fù)雜混合氣體光譜分析技術(shù)具有多組分復(fù)雜混合氣體光譜分析技術(shù)具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，處于很強(qiáng)的創(chuàng)新性，處于國際領(lǐng)先國際領(lǐng)先水平水平“

30、YQJKYQJK井口氣遠(yuǎn)程測定儀井口氣遠(yuǎn)程測定儀”在石油、天然在石油、天然氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域中屬于氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域中屬于國際先進(jìn)國際先進(jìn)水平水平鑒定證書與鑒定意見：鑒定證書與鑒定意見：是一種全新的錄井儀是一種全新的錄井儀五五 研究成果研究成果一種全新氣測錄井儀一種全新氣測錄井儀YQJKYQJK井口氣遠(yuǎn)程測定儀井口氣遠(yuǎn)程測定儀獲中國儀器儀表學(xué)會獲中國儀器儀表學(xué)會(國家第一批授權(quán)社會科技評獎機(jī)構(gòu)國家第一批授權(quán)社會科技評獎機(jī)構(gòu))科技創(chuàng)新獎科技創(chuàng)新獎1項；項；獲獲2013的陜西科學(xué)技術(shù)一等獎的陜西科學(xué)技術(shù)一等獎 (還未授獎，科研院已開具獲獎證明還未授獎，科研院已開具獲獎證明)。2011年和年和2012年

31、受中國儀器儀表學(xué)會邀請，分別在北京和西安做了學(xué)術(shù)報年受中國儀器儀表學(xué)會邀請，分別在北京和西安做了學(xué)術(shù)報告，告，2013年受西安科技大學(xué)邀請做了礦井安全方面的學(xué)術(shù)報告。年受西安科技大學(xué)邀請做了礦井安全方面的學(xué)術(shù)報告。項目項目編號編號2012YQ2401272012YQ240127項目項目名稱名稱基于光譜技術(shù)的煤礦氣體檢測儀器基于光譜技術(shù)的煤礦氣體檢測儀器裝備研制與應(yīng)用裝備研制與應(yīng)用經(jīng)費(fèi)經(jīng)費(fèi)( (萬元萬元) )6185.12(6185.12(國撥國撥2665.02665.0，個人名下，個人名下258.96)258.96)起止起止年月年月2012.10-2016.92012.10-2016.9角色角色技術(shù)總負(fù)責(zé)人技術(shù)總負(fù)責(zé)人項目項目來源來源國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項六六 科研項目科研項目謝謝 謝！謝！0204060801000.0060.0080.010.0120.014甲烷濃度(%)折算吸光度附錄附錄1 1 正、逆模型法正