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基于K-MLE的宽浓度范围气体吸收光谱反演方法研究
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作者 俞沁怡 范博强 +5 位作者 尤坤 何莹 张世奇 蔡傲雪 韩泠然 张玉钧 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2475-2483,共9页
基于朗伯-比尔定律的气体吸收光谱技术被广泛运用于各类污染气体的排放检测研究中,然而在进行高浓度气体测量时,由于设备局限性、气体饱和吸收等因素影响,光谱吸光度与浓度间出现的非线性偏移将使待测气体浓度的测量结果出现严重偏差。... 基于朗伯-比尔定律的气体吸收光谱技术被广泛运用于各类污染气体的排放检测研究中,然而在进行高浓度气体测量时,由于设备局限性、气体饱和吸收等因素影响,光谱吸光度与浓度间出现的非线性偏移将使待测气体浓度的测量结果出现严重偏差。利用待测光谱与标准光谱间的线性信号相关性反映两者浓度间的关系,提出对差分光密度谱间线性相关系数K值进行极大似然估计(K-MLE)来实现宽浓度范围内的气体浓度反演。基于移动区间法计算了气体吸收波段内不同波长处、不同区间大小内的线性相关系数,对相关系数集合进行区间估计后分段构建似然函数并求解最佳系数估计值,能够有效避免因信号扰动等问题引起的测量结果波动,最终结合浓度阈值与补偿方程实现宽范围内浓度反演。以对二氧化硫(SO_(2))气体的浓度检测为例,对不同浓度气体样品获得的30组光谱信号数据进行处理,用30组浓度均值的相对误差表征反演方法的准确性,用浓度测量值的标准差衡量反演方法的稳定性。在相同的低浓度条件下,宽带法、窄带法和K-MLE法计算得出的反演浓度均值误差分别为6.14%、22.13%和0.11%,在保证结果较好稳定性的前提下,K-MLE法实现了最佳测量精度;在0~508μL·L^(-1)的宽浓度范围内,K-MLE法浓度反演结果最大均值误差为0.98%,最大标准差为1.25,反演效果明显优于其他两种经典方法。结果表明,K-MLE法提供了一种有效的非线性偏移补偿方法,能够准确且稳定地实现宽浓度范围内的气体浓度反演。 展开更多
关键词 信号相关分析 极大似然估计 宽浓度范围 浓度反演方法
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