【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光聲光譜檢測，具體涉及一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法。
技術介紹
1、在多組分氣體混合物檢測領域，光聲光譜技術因其高靈敏度和選擇性而被廣泛應用。這種技術通過檢測氣體吸收特定波長光后產生的聲波信號，來識別和定量氣體成分。然而，在實際應用中，當混合氣體中存在多種成分時，不同氣體對光聲信號的吸收光譜可能會發生重疊，導致信號難以分離。這種信號重疊效應嚴重影響了光聲光譜技術在復雜氣體混合物中的定量檢測能力。
2、傳統解決這一問題的方法包括采用高分辨率光源或復雜的數學分解算法。然而，這些方法存在顯著的局限性：高分辨率光源增加了設備的復雜性和成本，而數學分解算法則對數據處理能力和模型的準確性提出了更高的要求，且易受背景噪聲的影響。此外，對于某些波長范圍內吸收譜特征相似的氣體成分，即使利用優化的算法和設備，也很難實現有效的信號分離。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，解決現有技術在多組分氣體混合物檢測中由于不同氣體光聲信號重疊導致出現的難以分離的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，所述方法包括：
3、s1、將多組分氣體混合物導入密閉的光聲池中；
4、s2、基于不同氣體的吸收特性，選擇對應的激光波長照射光聲池中的氣體混合物；
5、s3、通過高靈敏度光聲檢測器收集并記錄氣體混合物產生的光聲信號；
6、s
7、其中，z表示降維后的信號矩陣，x表示原始光聲信號矩陣，w表示主成分矩陣；
8、使用獨立成分分析分離信號中的獨立組分，對應于各氣體的光聲特征信號，獨立成分分析公式為：s＝a·b；
9、其中，s表示分離后的獨立信號矩陣，a表示分離矩陣，b表示混合光聲信號矩陣；
10、s5、基于分離結果，識別并量化各組分氣體的濃度，具體將分離出的光聲信號強度與對應的吸收系數和激光功率相結合，計算各氣體濃度，具體公式為：
11、其中，ci表示第i種氣體的濃度，si表示對應光聲信號強度，αi表示吸收系數，p表示激光功率；
12、利用標定實驗結果驗證濃度計算的準確性，并調整參數補償環境干擾，輸出識別結果，生成各組分氣體的濃度分布圖或表格。
13、優選的，所述s1包括：
14、根據氣體組分的體積濃度，確定總氣體流量和光聲池體積，調整氣體輸入流速和輸入管道橫截面積，以確保氣體混合物能夠均勻導入光聲池，通過流量計監控輸入氣體的流量，氣體流量計算公式為：
15、q＝d·v；
16、其中，q表示氣體流量，d表示流體通道橫截面積，v表示流速。
17、優選的，所述s2包括：
18、利用已知目標氣體的吸收譜帶數據，選擇激光波長符合最大吸收特性，調節激光器輸出參數以匹配該波長，同時確保入射光強穩定，使用校準后的光譜儀驗證激光波長和氣體吸收譜帶的匹配度。
19、優選的，所述s3包括：
20、根據光聲池的諧振頻率，設置激光調制頻率以增強光聲信號，使用高靈敏度麥克風或壓電傳感器捕捉光聲池內的壓力波動信號，通過鎖相放大器過濾高頻噪聲，記錄穩定的光聲信號，光聲信號強度公式為：
21、h∝p·α·f；
22、其中，h表示光聲信號強度，p表示激光功率，α表示氣體吸收系數，f表示調制頻率。
23、優選的，所述s2還包括：
24、測量光聲池中不同氣體組分的吸收峰位置；
25、根據吸收峰位置確定所需的激光波長范圍；
26、在激光波長范圍內選擇多個波長，并依次進行照射；
27、基于每種氣體對特定波長的響應強度，確定最佳激光波長。
28、優選的，所述基于每種氣體對特定波長的響應強度，確定最佳激光波長包括：
29、記錄每種氣體在不同激光波長下的響應強度，生成響應強度譜圖；
30、基于響應強度譜圖，選擇響應強度最高的波長作為候選波長；
31、計算不同候選波長下的光聲信號強度之和s，其中s＝σii，ii表示每個波長i下的光聲信號強度；
32、基于公式s>t的結果，選擇激光波長，其中，t為預先設定的閾值，表示光聲信號強度的最低要求。
33、優選的，所述計算不同候選波長下的光聲信號強度之和s包括：
34、測量每個候選波長下的光聲信號強度i?i；
35、計算信號強度之和s，其中s＝σi?i，i?i表示每個波長i下的光聲信號強度；
36、基于光聲信號強度之和s，選擇最大值smax作為最佳光聲信號強度；
37、當s<m×smax時，排除該候選波長，其中，smax為所有候選波長下的最大光聲信號強度，m為比例系數。
38、優選的，所述當s<m×smax時，排除該候選波長包括：
39、計算s與smax的比值，即k＝s/smax；
40、判斷比值k是否小于設定比例m；
41、當k<m時，排除該候選波長；
42、將剩余的候選波長作為最終的選擇對象。
43、優選的，所述s5還包括基于光聲信號強度計算每種氣體的濃度時，利用分離出的信號強度與吸收系數、激光功率的歸一化處理結果，生成各組分氣體濃度的標定曲線。
44、優選的，所述生成各組分氣體濃度的標定曲線包括通過標準氣體實驗驗證濃度計算的準確性。
45、由上述技術方案可知，本專利技術具有如下有益效果：
46、該基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，通過將多組分氣體混合物導入密閉的光聲池中，基于不同氣體的吸收特性，選擇對應的激光波長照射光聲池中的氣體混合物，通過高靈敏度光聲檢測器收集并記錄氣體混合物產生的光聲信號，利用多變量分析算法對收集到的光聲信號進行處理和分離，基于分離結果，識別并量化各組分氣體的濃度，能夠在吸收光譜發生重疊的情況下，準確提取各組分氣體的特征信號，提高了信號分離的有效性和可靠性，顯著增強了復雜混合氣體中各組分濃度的定量檢測能力，確保了檢測結果的高靈敏度和精確性，實現信號的分離和識別，避免了因光源復雜化導致的設備成本大幅增加問題，拓寬了光聲光譜技術的應用領域，解決了現有技術在多組分氣體混合物檢測中由于不同氣體光聲信號重疊導致出現的難以分離的問題。
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1.一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述S1包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述S2包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述S3包括：
5.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述S2還包括：
6.根據權利要求5所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述基于每種氣體對特定波長的響應強度，確定最佳激光波長包括：
7.根據權利要求6所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述計算不同候選波長下的光聲信號強度之和S包括：
8.根據權利要求7所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述當S<M×Smax時，排除該候選波長包括：
9.根據權利要求8所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法
10.根據權利要求9所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述生成各組分氣體濃度的標定曲線包括通過標準氣體實驗驗證濃度計算的準確性。
...【技術特征摘要】
1.一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述s1包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述s2包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述s3包括：
5.根據權利要求1所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述s2還包括：
6.根據權利要求5所述的一種基于氣體光聲效應的光聲光譜識別方法，其特征在于：所述基于每種氣體對特定波長的響應強度，確定最佳激光波長包括：
7.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳前臣，蔣亞超，曹俊男，馬鋒，劉錫銀，黃延成，胡新宇，
申請(專利權)人：武漢豪邁光電科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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