一种气体分析仪的多点标定方法和系统与流程

本发明涉及一种气体分析仪，具体涉及一种气体分析仪的多点标定方法和系统，属于环境检测。

背景技术：

1、气体分析仪在正式运行前都需要进行出厂标定以获得一条浓度值和响应值线性关系的标定系数曲线，将待测样品的响应值代入从而获得待测样品的浓度值。通常采用的标定方法包括单点标定法和多点标定法，单点标定法是采用一种与被测定标准样品浓度相近的基准气体作为分析标准，对基准气体重复测定二次以上，获得一标定系数，操作简单、标定时间短，但是这种方法精度低，且分析仪量程小；多点标定法是采用多个不同浓度的基准气体作为分析标准，对基准气体重复测量两次以上，将获得的光谱曲线不同像素点的光谱值与对应浓度值进行拟合，进而获得标准参数曲线，这种方法需多个浓度的标准气体，操作比较复杂，但测量精度高，且分析仪量程宽。随着我国环境保护标准的提高，对气体分析仪的精度要求也越来越高，因此，越来越多的气体分析仪选择多点标定的方法保证气体分析测量的精度。

2、但传统的多点标定法由于需要采集大量不同浓度的标准气体数据以保证较高的测量精度，因此不仅标定时间长，同时需要耗费大量的标准气体，在实际的生产过程中，由于不同气体分析仪间存在一定差异，因此每台气体分析仪都需要进行单独标定，从而导致测量效率降低，标定成本提高。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供一种气体分析仪的多点标定方法和系统，可以在保证测量精度的同时，降低每台气体分析仪的出厂标定时间，提高测量效率，降低标定成本。

2、本发明公开了一种气体分析仪的多点标定方法，包括以下步骤：

3、s1，向基准分析仪中通入n个c＝[c1,c2,…,cn]不同浓度的标准气体，获得基准光谱曲线数据，利用多点标定方法对基准分析仪进行出厂标定，得到基准标定系数a；

4、s2，向目标分析仪中通入m个c＝[c1,c2…,cm]∈c不同浓度的标准气体，得到目标分析仪的目标光谱曲线数据s＝[s1,s2,…,sm]，3≤m<n；

5、s3，以基准分析仪的基准光谱曲线为标准，对目标分析仪中同一浓度气体下获得的目标光谱曲线的波长像素点位置进行校准；

6、s4，将校准后的目标光谱曲线数据s’输入基准分析仪中，通过基准标定系数a反演得到各标准气体的反演浓度值c’＝[c1’,c2’…,cm’]；

7、s5，对c和c’进行拟合，得到浓度校准系数p；

8、s6，将基准标定系数a和浓度校准系数p输入目标分析仪中，计算获得目标分析仪的出厂标定系数b。

9、步骤s1中，利用多点标定方法对基准分析仪进行出厂标定，得到基准标定系数a，具体如下：

10、s11，向基准分析仪中通入n个c＝[c1,c2,…,cn]不同浓度的标准气体，获取各浓度标准气体的基准光谱曲线数据s＝[s1,s2,…,sn]t；

11、s12，在每个浓度标准气体的光谱曲线上选取波长像素点k个；

12、s13，根据标准气体浓度c和光谱幅度s之间函数关系，s＝a*c，利用拟合算法计算得到基准标定系数a＝[a1,a2,…,ak]。

13、可选的，步骤s3中，通过内插平移算法或者神经网络深度学习算法或者波长-像素点映射法对目标分析仪中同一浓度气体下获得的目标光谱曲线的波长像素点位置进行校准。

14、具体的，所述内插平移算法步骤如下：

15、s31，选取基准光谱曲线和目标光谱曲线中同一浓度下的曲线数据，计算目标光谱曲线的波长像素点偏移量δλ；

16、s32，截取目标光谱曲线中包括标准气体吸收波段的所有像素点区间，选择比上述像素点区间更宽的一段区间作为波长窗，对波长窗内目标光谱的所有像素点进行内插，得到内插后目标光谱曲线；

17、s33，计算内插后目标光谱曲线与基准光谱曲线之间的波长像素点偏移量；

18、s34，根据波长偏移量平移目标光谱曲线，对目标分析仪内各气体浓度下获得的光谱曲线进行校准。

19、进一步的，所述波长像素点偏移量为波长像素点粗偏移量和波长像素点精偏移量之和，所述波长像素点粗偏移量的精度为1个内插点，所述波长像素点精偏移量的精度为0.0001个内插点。

20、步骤s4中，步骤s4中，将s’带入公式s’＝a*c’，通过迭代寻优算法反演计算获得标准气体的反演浓度值c’＝[c1’,c2’…,cm’]。

21、步骤s5中，对c和c’进行拟合，得到浓度校准系数p，具体如下：

22、令c为x，c′为y，对x和y进行二阶多项式拟合y＝p2x2+p1x+p0，p＝[p0,p1,p2]。

23、步骤s6中，根据基准标定系数a和浓度校准系数p计算获得目标分析仪的出厂标定系数为b＝a*p＝[a1*p,a2*p,…,ak*p]t。

24、本发明还公开了一种气体分析仪的多点标定系统，包括基准分析仪和目标分析仪，基准分析仪包括测量池一和光谱仪一，目标分析仪包括测量池二和光谱仪二；

25、基准分析仪还包括标定计算模块一、存储模块和浓度校准模块，不同浓度的标准气体通入测量池一中，光谱仪一用于获取各浓度标准气体的基准光谱曲线数据并分别发送至标定计算模块一和存储模块一中，标定计算模块一计算得到基准标定系数并发送至存储模块一；

26、所述目标分析仪还包括像素点校准模块和标定计算模块二，不同浓度的标准气体通入测量池二中，光谱仪二获取各浓度标准气体的目标光谱曲线数据并分别发送至标定计算模块二和像素点校准模块中，所述基准光谱曲线数据输入像素点校准模块中，像素点校准模块用于根据基准光谱曲线校准目标光谱曲线位置，并将校准后的目标光谱曲线数据发送至基准分析仪的浓度校准模块，浓度校准模块根据校准后的目标光谱曲线反演计算得到各标准气体的反演浓度值，并根据各标准气体的标准浓度值和反演浓度值拟合计算得到浓度校准系数；所述标定计算模块用于根据浓度校准系数和基准标定系数计算得到目标分析仪的出场标定系数。

27、本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，包括用于执行所述气体分析仪的多点标定方法的任一指令。

28、本发明所提供的方法和系统，首先通过传统的多点标定方法获得1台基准分析仪的基准标定系数，再向目标分析仪内通入较少组不同浓度的标准气体来获得目标分析仪的较少目标光谱曲线数据，并根据基准光谱曲线对目标光谱曲线进行波长像素点校准，然后将校准后的目标光谱曲线输入基准分析仪内进行浓度反演计算、浓度拟合计算，进而得到浓度校准系数p，最后根据基准标定系数a和浓度校准系数p进行矩阵计算得到目标分析仪的出厂标定系数b，此时目标分析仪的出厂标定系数包含的像素点个数等于基准标定系数包含的像素点个数，保证了目标分析仪的出厂标定精度，运用本方法对目标分析仪进行标定不仅可以大大减少标准气体的通气量，节约生产升本，还可以缩短出厂标定时间，且得到的出场标定系数进行反演浓度计算，其示值误差也在1％以内，完全满足分析仪的高精度要求。