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进行反推得到气体浓度与透射率对数拟合曲线,其相关系数为,均方根误差为,整个浓度范围内最大相对误差不超过,说明此方法有效,提高标定精度,扩大了标定量程范围对误差结果则比较稳定,相对误差较小。
多项式拟合只能针对标定浓度范围内的结果保证较好的相关性,不具有特定曲线模型,因此实测浓度超出标定浓度范围时,多项式拟合的误差就会急剧增大拟合方法则是从原理出发,因此对超出标定浓度范围的结果具有比较好的预测,误差结果较小。
图多项式拟合和算法的相对误差结果结技术适用于大量程范围背景下气体浓度标定算法医药卫生论文反推得到气体浓度与透射率对数曲线,其结果如图所示,拟合系数为,均方根误差,在整个浓度范围内相对误差不超过。
图气体浓度倒数与透射率对数倒数曲线以及反推后的拟合曲线两种算法的验证对比为了对两种算法进行验证,实验选取了,和的标准浓度的水汽,对两种算法的结果进行了对比。
其结果如表所示。
表多项式拟合和探头和的湿度探头放入北京雅士林恒温恒湿箱内,通过调节恒温恒湿箱来控制箱内的水汽浓度。
整个实验装置测试图如图所示。
图范围内的水汽吸收峰的光谱图实验装置整体示意图表不同浓度下水汽吸收光谱透射率对数结果结果与讨论通过控制恒温恒湿箱,设定个不同水汽浓度测试点,浓度范数和均方根误差分析,其结果如表所示,气体浓度和透射率对数曲线和对应的拟合曲线如图所示。
本实验搭建的水汽检测系统包括激光器系统控制单元和气室探头个部分。
激光器选用了波长的半导体激光器,输出功率为。
系统控制单元通过单片机产生个的低频锯齿波信号,经过电流驱动模块后输入到激光理论分析传统的检测理论依据定律,−νΙΙν式中,为穿过待测气体后的透射光光强,为入射光强,ν为吸收系数,为待测气体的浓度,为光吸收路径长度。
由式可得,气体浓度与透射率对数的关系式−ν−浓度与透射率对数是次函数关系,标定时通常会采用次函数进行拟合,但这种情况忽略了气体浓度对吸收系数的影响,尤其在气体浓度较高时,这会导致气体浓度与透射率对数的关系不是严格的次函数关系,原有的标定算法会带来严重误差,影响测量精度。
本工作对的直接吸收光谱标定算法进行研究,考虑了气体浓度对吸收数与透射率对数倒数的关系曲线进行拟合标定的算法搭建了基于水汽检测平台,对浓度范围的水汽浓度进行了标定,对直接拟合标定算法和本算法作了比较分析。
技术适用于大量程范围背景下气体浓度标定算法医药卫生论文。
,−−,基于技术的直接吸收光谱标定算法主要是利用特定波长的激光穿过气体样品后,测量光强的透射率对数与标准浓度进行拟合,将实测的透射率对数代入拟合关系式来计算当前环境下的气体浓度,。
根据定律可知,气体浓度与透射率对数是次函数关系,标定时通常会采用次函数进行拟合,但这种情况忽,气体浓度和透射率对数曲线和对应的拟合曲线如图所示。
理论分析传统的检测理论依据定律,−νΙΙν式中,为穿过待测气体后的透射光光强,为入射光强,ν为吸收系数,为待测气体的浓度,为光吸收路径长度。
由式可得,气体浓度与透射率对技术适用于大量程范围背景下气体浓度标定算法医药卫生论文系数的影响,推导了完整的气体浓度与透射率对数的关系式,提出了采用气体浓度倒数与透射率对数倒数的关系曲线进行拟合标定的算法搭建了基于水汽检测平台,对浓度范围的水汽浓度进行了标定,对直接拟合标定算法和本算法作了比较分析。
技术适用于大量程范围背景下气体浓度标定算法医药卫生论文器出厂前必须要进行的道工序,标定结果的好坏直接关系到传感器的最终测量精度。
基于技术的直接吸收光谱标定算法主要是利用特定波长的激光穿过气体样品后,测量光强的透射率对数与标准浓度进行拟合,将实测的透射率对数代入拟合关系式来计算当前环境下的气体浓度,。
根据定律可知,气体作为标准值,将水汽检测系统的气室探头和的湿度探头放入北京雅士林恒温恒湿箱内,通过调节恒温恒湿箱来控制箱内的水汽浓度。
整个实验装置测试图如图所示。
图范围内的水汽吸收峰的光谱图实验装置整体示意图表不同浓度下水汽吸收光谱透射率对数结果结果与讨论通过控制恒,−,Κ式中图是气体浓度与透射率对数的模拟关系曲线图。
图气体浓度与透射率对数的模拟关系曲线图根据图可知,两者关系并非线性,导致标定过程变得复杂,因此对修正后的气体浓度的表达式进行简化。
标定是各类气体传感略了气体浓度对吸收系数的影响,尤其在气体浓度较高时,这会导致气体浓度与透射率对数的关系不是严格的次函数关系,原有的标定算法会带来严重误差,影响测量精度。
本工作对的直接吸收光谱标定算法进行研究,考虑了气体浓度对吸收系数的影响,推导了完整的气体浓度与透射率对数的关系式,提出了采用气体浓度倒的关系式−ν−ννΙΙΙΙν根据式可知,气体浓度与透射率对数是次函数关系,但气体浓度较高时,吸收系数ν会受到影响,。
标定是各类气体传感器出厂前必须要进行的道工序,标定结果的好坏直接关系到传感器的最终测量精度。
温恒湿箱,设定个不同水汽浓度测试点,浓度范围在,对水汽的直接吸收光谱进行了提取,对直接拟合和拟合结果进行了比较。
直接拟合实验获取了组不同水汽浓度下的透射率对数结果,如表所示。
对表中的数据进行拟合,选取了次函数次函数以及次函数,对种拟合函数结果进行相关系数和均方根误差分析,其结果如表所示技术适用于大量程范围背景下气体浓度标定算法医药卫生论文频锯齿波信号,经过电流驱动模块后输入到激光器中,通过对激光器的电流调制使出射光的波长覆盖选定的水汽吸收峰,出射光经过准直镜后在气室进行反射吸收,光电探测器检测到反射吸收后的光信号并转化为电信号,最后对信号进行降噪放大处理,在端对信号进行处理分析。
标定时,选用在线湿度检测仪。
参考文献贾良权,刘文清,阚瑞峰,等中国激光,刘立富,张涵,温作乐,等激光与光电子进展,陈昊,鞠昱,韩立光谱学与光谱分析,贾军伟,李伟,柴昊,等红外与激光工程,张志荣,董凤忠,吴边,等,光电子激光,胡雅君,赵学红,张锐,等光学学报,鞠昱,陈昊,韩立,常洋,基于原理分析了气体浓度与透射率对数的关系,并考虑了高浓度对线宽的影响,推导并简化了两者的关系,提出了利用气体浓度倒数与透射率对数倒数的关系来进行拟合标定的方法。
实验结果表明采用直接拟合算法对气体浓度与透射率对数曲线拟合,次函数次函数和次函数拟合相关系数为,和,均方根误差为,和,最大相对算法的拟合结果两种算法的相对误差结果曲线如图所示,根据对比可知,次拟合算法的相对误差超过了,次拟合的相对误差不超过,采用拟合标定算法的相对误差则不超。
从相对误差曲线趋势上看,多项式拟合算法的结果随着标准浓度范围的扩大,相对误差也在增加,而拟合标定算法的相在,对水汽的直接吸收光谱进行了提取,对直接拟合和拟合结果进行了比较。
技术适用于大量程范围背景下气体浓度标定算法医药卫生论文。
图中气体浓度倒数与透射率对数倒数曲线与理论推导的式相符合,结果为次函数线型,采用次函数对曲线进行拟合,其拟合系数为,均方根误差为。
将拟合后的曲线进行器中,通过对激光器的电流调制使出射光的波长覆盖选定的水汽吸收峰,出射光经过准直镜后在气室进行反射吸收,光电探测器检测到反射吸收后的光信号并转化为电信号,最后对信号进行降噪放大处理,在端对信号进行处理分析。
标定时,选用在线湿度检测仪作为标准值,将水汽检测系统的气室−ννΙΙΙΙν根据式可知,气体浓度与透射率对数是次函数关系,但气体浓度较高时,吸收系数ν会受到影响,。
直接拟合实验获取了组不同水汽浓度下的透射率对数结果,如表所示。
对表中的数据进行拟合,选取了次函数次函数以及次函数,对种拟合函数结果进行相关系
