详情

原文传递一种基于直和模式的TDLAS线型拟合方法

专利名称：	一种基于直和模式的TDLAS线型拟合方法
摘要：	本发明公开的一种基于直和模式的TDLAS线型拟合方法，属于可调谐二极管吸收光谱(TDLAS)技术领域。本发明通过直和模式Voigt线型拟合TDLAS气体测量中吸收谱线线型，同时采用遗传算法对多变量最优值进行搜索，通过单一吸收谱线解算多个影响变量最优组合，得到最优TDLAS气体测量中吸收谱线线型。本发明能够解决传统卷积形式Voigt线型函数无解析表达式的问题；解决无法通过单一吸收谱线解算多个影响变量最优组合的问题。将本发明得到的最优TDLAS气体测量中吸收谱线线型应用于相关工程领域，解决相关工技术问题。所述相关工技术问题包括提高TDLAS线型拟合精度，应用于TDLAS燃气温度、组分浓度和流速测量。本发明能够提高线型拟合精度、拓宽TDLAS技术的应用范围。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
发明人：	常海涛;刘裕盛;金振涛;张学聪;蔡静;李春圆
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910705177.4
公开号：	CN110426370A
代理机构：	北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	毛燕
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100095 北京市海淀区温泉镇环山村
主权项：	1.一种基于直和模式的TDLAS线型拟合方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：在可调谐半导体激光吸收光谱TDLAS测量系统中，用信号发生器产生锯齿波并将锯齿波输入到激光器控制器，使得DFB激光器在中心频率附近扫描；将激光器输出激光通过耦合器分为两束，一束经标准具由探测器接收，另一束由气室吸收后经探测器接收；探测器将激光转换成电信号，经数据采集系统采集并传送至上位机数据处理系统；步骤二：对采样到的离散信号预处理后得到吸收光谱曲线，所述的信号预处理包括滤波、基线拟合；然后，选用Voigt线型函数模型合成理论谱线，通过非线性最小二乘拟合将其与实测吸收谱线相比较，并对谱线参数线宽和线强进行调节，重复此过程，直到误差在要求的范围内；步骤三：所述直和模式线型拟合方法，是采用加权求和形式计算Voigt线型的经验解析方法，即化复杂的卷积为简单的解析经验求和公式： fV(v,v0)＝C·fL(v,v0)+(1-C)·fG(v,v0) (1) 其中fV(v,v0)是Voigt线型函数，fL(v,v0)是Lorentz线型函数，fG(v,v0)是Gauss线型函数，C是比例系数，v是波数，v0是线型中心波数；步骤四：以Gauss线宽δG、Lorentz线宽δL、Gauss和Lorentz比例值C、谱峰位置Δv0为参数变量，带入到直和模式Voigt解析经验求和公式(1)中，以拟合曲线和实测曲线的残差平方和为适应度函数，采用遗传算法对多变量最优值进行搜索；步骤五：通过步骤四采用遗传算法对多变量最优值进行搜索，得到给定范围内搜索参数变量最优值，即通过单一吸收谱线解算多个影响变量最优组合，得到最优TDLAS气体测量中吸收谱线线型。 2.如权利要求1所述的，其特征在于：将步骤四得到的最优TDLAS气体测量中吸收谱线线型应用于相关工程领域，解决相关工技术问题；所述相关工技术问题包括提高TDLAS线型测量精度，应用于TDLAS燃气温度、组分浓度和流速测量。 3.如权利要求1或2所述的一种基于直和模式的TDLAS线型拟合方法，其特征在于：步骤四所述遗传算法具体实现步骤如下，步骤4.1：依据实测谱线的峰值、半高宽设定Gauss线宽、Lorentz线宽、比例值、谱峰位置的搜索范围；步骤4.2：随机产生初始种群，包含个体数目20，二进制编码，每个体包含变量数4，个体编码总位数40，各变量编码位数10；步骤4.3：将种群个体分别带入到适应度函数中，求得依据函数值大小分配适应度值，其中函数值越小，即拟合曲线和实测曲线的残差平方和越小，适应度值越大；步骤4.4：采用随机遍历抽样机制，依据适应度值选择种群中的个体，组成父代种群；其中采用精英策略，保留最优个体直接保持至新种群中；步骤4.5：采用交叉、变异等遗传操作，产生新一代种群；在此，个体每个变量遗传操作相对独立，均采用单点交叉，交叉概率0.7，变异概率0.01；步骤4.6：计算新种群适应度函数值，依据优胜劣汰策略，将适应度大的个体替换父代中适应度小的个体，重组形成子代种群，至此一代遗传进化完成；步骤4.7：重复上述步骤，直至达到最大遗传代数50，或满足适应度函数值小于给定阈值。 4.如权利要求3所述的一种基于直和模式的TDLAS线型拟合方法，其特征在于：步骤一中使得DFB激光器在中心频率附近扫描，所述中心频率附近根据待测目标气体吸收光谱而定。
所属类别：	发明专利