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原文传递一种基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法

专利名称：	一种基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法
摘要：	本发明提供了一种基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，属于光学检测领域。本发明包括如下步骤：步骤1，将混合气体通入气体腔；步骤2，使用激光照射气体腔；步骤3，调整滤光模块的滤光范围，使信号检测与处理模块接收所有满足条件的混合气体拉曼信号f；步骤4，判断信号检测与处理模块接收到的拉曼信号总量是否等于pm‑pn+p个，当判断为是时，进入步骤6，当判断为否时，进入步骤5；步骤5，改变激光波长，进入步骤3；步骤6，对拉曼信号使用压缩感知算法进行计算，得到单一气体的重构拉曼能量值；步骤7，根据公式计算得每种气体的浓度。本发明无需改变现有拉曼气体检测装置，所以，能够快速便捷地定量检测出拉曼信号较弱的气体。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海理工大学
发明人：	康祎;张大伟;张雷洪;赵曼彤;叶华龙;徐润初;张志晟;白春燕;王朝锐;黄元申
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910588503.8
公开号：	CN110346346A
代理机构：	上海德昭知识产权代理有限公司
代理人：	程宗德
分类号：	G01N21/65(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	200093 上海市杨浦区军工路516号
主权项：	1.一种基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，该方法使用包括激光光源、气体腔、滤光模块以及信号检测与处理模块的拉曼气体检测装置分别检测由斯托克斯波长从小到大依次为λ1，λ2，…，λm的m种气体组成的混合气体中各气体的浓度，在检测过程中，所述激光光源总共使用了p种不同波长的光照射所述气体腔，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将经过过滤和干燥的所述混合气体通入所述气体腔，进入步骤2；步骤2，使用所述激光光源发出的特定波长的光照射所述气体腔，进入步骤3；步骤3，调整所述滤光模块的滤光范围，使所述信号检测与处理模块分别接收所有满足条件的混合气体拉曼信号f，进入步骤4，所述满足条件的混合气体拉曼信号f为斯托克斯波长为λa-λn+a-1之间的n种混合气体拉曼信号fa；步骤4，判断所述信号检测与处理模块接收到的拉曼信号总量是否等于pm-pn+p个，当判断为是时，进入步骤6，当判断为否时，进入步骤5；步骤5，将所述激光光源发出的光的波长改变为未曾使用过的波长，进入步骤3；步骤6，所述信号检测与处理模块对得到的pm-pn+p个n种混合气体拉曼信号使用压缩感知算法进行计算，计算得到单一气体的重构拉曼能量值，进入步骤7；步骤7，根据单一气体的所述重构拉曼能量值，根据公式计算，即得每种气体的浓度C，式中，xcs为单一气体的重构拉曼能量值，E100为单一气体含量为100％时的拉曼能量值，E0为单一气体含量为0％时的拉曼能量值，其中，所述m为大于等于2的正整数，所述1＜n≤m且所述n为正整数，所述1≤a≤m-n+1且所述a为正整数，所述p≥1且所述p为正整数。 2.根据权利要求1所述的基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，其特征在于：其中，所述压缩感知算法使用的公式为： xcs＝arg min:\|\|x\|\|1s.t y＝Фx，式中，y为混合气体拉曼信号，x为单一气体的拉曼能量值，xcs为经压缩感知算法重构后的单一气体的拉曼能量值，arg min:\|\|\|\|1为运算符，表示用L1范数，求得满足后面约束条件的元素模值和最小的x，Ф为(pm-pn+p)×pm矩阵，所述(pm-pn+p)×pm矩阵为式中，每一行均有n个1以及pm-n个0。 3.根据权利要求1所述的基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，其特征在于：其中，所述拉曼气体检测装置包括所述激光光源、所述气体腔、所述滤光模块以及所述信号检测与处理模块，所述激光光源发出的光依次通过所述气体腔以及所述滤光模块最终被所述信号检测与处理模块接收。 4.根据权利要求3所述的基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，其特征在于：其中，所述拉曼气体检测装置还包括设置在所述激光光源与所述气体腔之间的透镜，该透镜用于均匀分布光场。 5.根据权利要求1所述的基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，其特征在于：其中，所述单一气体含量为100％时的拉曼能量值通过所述气体拉曼检测装置测定，测定方法包括如下步骤：使用氩气驱除所述气体腔内的余气后，向所述气体腔内通入99.9vol％的待测气体和0.1vol％氩气使所述气体腔内压强为一个标准大气压，气体流量为200-300mL/min，开启所述激光光源，所述激光光源发出的光依次通过所述气体腔以及所述滤光模块，被所述信号检测与处理模块接收，所述信号检测与处理模块计算得到所述单一气体含量为100％时的拉曼能量值。 6.根据权利要求1所述的基于压缩感知关联算法的拉曼气体检测方法，其特征在于：其中，所述单一气体含量为0％时的拉曼能量值通过所述气体拉曼检测装置测定，测定方法包括如下步骤：使用氩气驱除所述气体腔内的余气后，向所述气体腔内通入纯度不低于99.999％的氩气使所述气体腔内压强为一个标准大气压，气体流量为200-300mL/min，开启所述激光光源，所述激光光源发出的光依次通过所述气体腔以及所述滤光模块，被所述信号检测与处理模块接收，所述信号检测与处理模块计算得到所述单一气体含量为0％时的拉曼能量值。
所属类别：	发明专利