北京航空航天大学学报

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基于谐波信号主峰拟合的气体浓度测量方法

杨阳1,刘畅2,曹章3   

  1. 1. 北京航空航天大学
    2.
    3. 北京航空航天大学仪器光电学院
  • 收稿日期:2017-01-24 修回日期:2017-02-28 发布日期:2017-04-07
  • 通讯作者: 曹章
  • 基金资助:
    国家自然科学基金基金

Gas concentration measurement by WMS peak spectrum fitting

  • Received:2017-01-24 Revised:2017-02-28 Published:2017-04-07

摘要: 为了提高激光波长调制法的测量气体浓度的速度和准确度,本文首次提出了一种通过对吸收光谱谐波信号的主峰进行拟合的气体浓度测量方法。在该方法中,只扫描吸收光谱谐波信号的主峰部分来获得谐波信号的峰值点。因为缩减了吸收光谱的扫描范围,所以扫描速度得到了提高。通过对吸收光谱谐波信号的主峰部分进行多项式拟合,又可以进一步提高测量精度。本文还详细讨论了多项式阶数的选择方法,以及拟合数据长度对测量结果的影响。最后,通过测量不同情况下的二氧化碳浓度验证了该方法的有效性。

关键词: 波长调制法, 多项式拟合, 吸收光谱, 气体浓度, 二氧化碳

Abstract: A fast and accurate gas concentration measurement method by scanning the main peak of the wavelength modulation spectroscopy (WMS) absorbance spectrum was proposed for the first time to significantly improve the speed and accuracy of WMS measurement. In the proposed method, we only scan the main peak of the WMS absorption spectrum to obtain the peak value of the WMS-2f/1f spectral signal. This can greatly improve the scanning frequency. Higher accuracy detection of the peak of the WMS-2f/1f signal is achieved via fitting the main peak part of the WMS-2f/1f signal by a polynomial. The methods for choosing a suitable polynomial’s degree and the fitting length are discussed in this paper. The experimental results of CO2 measurement validated the proposed method.

Key words: wavelength modulation spectroscopy, polynomial fitting, absorption spectrum, concentration, carbon dioxide

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