遗传规划用于非分散红外吸收光谱的CO浓度测量
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C O浓 度 连 续 测 的实 验 装 置 如 图 2所 示 。
l中 的 测
G
Fi. S h matcdig a o xp rm e ato g2 ce i a r m fe e i nt i n
上 位 机 以 ls 周 期连 续 接 收 C 测 最 系 统 传 送 的 光 强 的 O
通过 进化 。遗 传规划 演化 m ) 度数 据较理 想 的模 浓
1 6 70
光谱学与光谱分析
第 3 卷 1
型 , 逆 波 兰 表达 式 表 示 如 下 ( ¥I表 示 第 1 个 终 止 集 数 用 “ ” _ 1 据)
¥4sr qt¥0 ¥4 ¥o ¥5 * ¥5 ¥o ¥5 ¥2 r 、 / / - / * 。 sr ¥4 ¥4 ¥4 ¥3 + ¥o e p qt / / / /x 。 J
摘
要 非分散红外吸收光谱 法( I ) C ND R 是 O浓度测量 的主要 手段之一 。设计了 ND R的开放式 C I O气 体
测量系统及连续测量实验装置 , 1 对 o种不 同浓度的标准 C O气体进行测量实验 , 分析 了获取的 4 O个实测数 值。 将遗传规划( P 用于 C G ) O光强采样数据的建模 , 得到验证集 的相关系数为 0 997 . 9 ,验证集 的相对误 差
火津东祥特种 体有限公 司不 浓度的 C C O和 N 混合气体。 实验 开始 ,首先 B处川气 泵将气密舱抽成真空状态 ; 然 后从 A处 充人 定浓度的混 合气体 ;充气 的时 为 1 i, 5r n a B处的泄 阀将气密舱 内的气 保 持在 化大气压 ;允气完
最 大值 和平 均 相 对 误 差 分 别 为 4 【 和 1 1 % 。实 测 数 据 建 模 结 果 表 明 , .) ( ) .1 GP可 以 用 于 N I 方 法 的气 体 DR 浓 度 数 据建 模 ,拟 合误 差 较 小 , 能 较 好 。 性
关键词
遗传规划 ;非分散红外 吸收光谱 ; 一氧化碳 ; 气体相关滤波
样 本 数 据 的分 布 及 式 () 曲线 如 图 3 示 。 中 , 轴 4的 所 其 横 为 光 强 吸 收 系数 y ,纵 轴 为 C 浓 度 ,单 位 是 p m 。从 图 中 O p
的方 法 修 j 式 ( ) 补 偿 测 量过 程 的噪 声 。 I 1, :
上化 机 读 取 的 原 始数 据 足 未 经 过 G C轮 参 考 窜 的 测 F
量光 采样数值 以.和经过 参考 窄 的参 考光强 采样 数值 .
2 实 验 部分
2 1 装置 .
D 。原 始 数 据 需 要 经 过 处 理 才能 川 于 C 浓 度 的 数 据 建 模 。 O 设定 光 强 吸 收 系 数 )的计 算 式 如 F ,
第3卷, 7 1 第 期
2 0 1 1年 7 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Vo. 1 No 7 p 1 5 — 7 1 13 , . , p 7 8 1 6
S e to c p n p c r 1An l ss p c r s o y a d S e ta a y i
Jl uy,2 1 01
该 GP算 法 取 函 数 集 { 。一 . *,/ i,C s n + ,Sn o ,L , E p S1 } 选取 0 0 问的 4 随 机 小数 为常 数 集 , 程 x . 【t 。 r ,1 之 个 光
3 3 数 据分 析 .
长 6 1 I .61 作为同定常数代入 ,与每个浓度 的 4组数据 样本 T
为平行光束入 射开放 式测 量空 间 ; 反射 光束 再经 过 GF 其 C
轮 和 空 间 滤 波 器 , 红 外 探 测 器 接 收 。 中 , 源 为 被 其 光
遗传规划( eeipo rmmi , ) g nt rga n GP 采用遗传算法 的思 c g
想 , 过 多代 演 化 的方 法 实 现 复 杂 问题 的 求 解 ,可 以 用 于 不 通 同领 域 的数 据 拟 合 和 预 测 l ” , 而 目前 在 红 外 光 谱 分 析 中 l 】然 的应 用 还 较 为 少 见 。 文 将 GP应 用 于 非 线 性 吸 收 光 谱 特 性 本 的 C 浓 度 数 据 建模 , N R方 法 的 基 础 上 进 行 了 C 气 O 在 DI O
1 2 测 量 系统 .
主要包括红外光源及光束 准直 、开放式测 量空问 、 外 红
反 射 镜 、 C轮 以及 红 外探 测 器 等 组 成 部 分 ( 图 1 。红 外 GF 见 ) 光 源 发 出的 光 束 经 过 小孔 光 阑 、G C轮 和 平 凸 透 镜 后 ,准 直 F
法 设 计 了公 路 隧 道 的 C 浓 度 测 量 系统 ,该 方 法 选 取 的红 外 O 吸收 中心 波 长 为 4 6 m, 用 开 放 式 的 测 量 空 问 , 本 文 .5 采 是 前 期 的研 究 基 础 。
0. 08 m ,d1 3 m 。 —
B为“ , 1 c ) j , (浓度 的测 量数据通过 R 4 5总线传送 至上 S8
位 机 。突 验住 尺 津 市 南 开 箢 j 闻 区 进 行 , 准 气 源 为 业 标
对 于 开 放式 的 测 精 问 ( 露 灭 、公 路 隧 道 、矿 i 井 下 如 j j
文献标识码 : A D :1. 9 4ji n 10 —53 2 1 )715—4 OI 0 3 6/.s . 0 00 9 (0 10 —780 s N R方 法 基 于 朗 伯 一 尔 ( a et e r定 律 。红 外 光 DI 比 L mb r B e) —
中 图 分 类 号 : N2 9 T 1
体连续测量实验 , 过 G 通 P建立 光强采集数 值与 C O浓度 数 据的定标模 型 。验证 结 果表 明 ,遗传 规 划具 有好 的 预测 结
果。
1 测量原理与系统
Fi.1 S h matc d a r m fm e s r m e ts se g ce i ig a o a u e n y tm
遗 传 规 划 用 于 非 分 散 红 外 吸 收 光 谱 的 C 浓 度 测 量 O
陈 劲L 段发 阶 , , 佟 颖。 强。 ,高
1 .天 津 大 学精 密测 试 技 术 及 仪 器 国 家 重点 实 验 室 ,天津 2 .天 津 师 范 大学 物理 与 电子 信 息 学 院 , 津 天 3 .天 津 朗 思 科技 发展 有 限公 司 ,天津 30 8 0 37 3 0 8 032 3 0 7 002
共 卡成程序终止符集 。没定 q 成树最 大深度为 5 种 群规 勾 I ,
模 : 0 . 殖 次数 :l 0 , 义 牢 : . 5 变 异 率 : . 3 采 10 繁 0交 0 07, 01,
采样数值 。 考虑到实验装 }的 c ) { I ( 浓度在一段时 问内基奉 保持恒定 ,冈此 町以扩 大数 据的 抽取 问隔 。在 采集 的过 程
3 2 定标 模 型 的 建 立 .
O
05 .8
06 .2
06 .6
07 .0
07 .4
y Om- r・r ( D) 一 D F g 3 Ex r e t l a n h u v it g r s l i. e m p i n a t a d t ec r e ft n e u t da i
第 7 期
光 学 光 谱 分 析
l5 79
HE IOWO KS公 卅 E 8 2 稳 念 红 外 辐射 源 ; 外 探 测 I R K一5 2 红
晕 系统 被 定 3F I 1长的 气 密 舱 内 ,A 为 密 舱 的 进 气 口,
器 选 择 滨 松 公 川 P 6 0系列 P S 28 b e探 测 ;光 路 中 的 d 一 。
中 , 际 的测 量 时 为 9 i。 模 数 据 从 测 量数 据 中 随 机 实 or n 建 a 抽取。
用竞赛法 ( 精英法 ) 为选择算法 。 埘光强采样数值依次进行处
理 ,获 取 』 光强 吸 收 系 数 7 每个 C £ , 浓 度 采 集 4 数 值 , 个 随
机抽 样 的最 小 时 间 闸 隔 为 1 。 这样 得 到 4 s 0对 光 强 吸收 系 数一
引 言
通 过 气体 的 吸 收光 谱 进 行 浓 度 测 量 有 多 种 方 法 。差 分 吸
束透射含有少量 C O气 体 的空 气 而 产 生 吸 收 时 ,入 射 和 出 射 光 强 满 足 下 面 的 公式
I 一 I ・e f l () 1
收光谱法( (A ) D ) s 采集被测气体 的紫外 或可见波段 光谱吸 收 峰 , 泛应用于 大气痕 量和 污染物 排放 烟羽检 测口] 广 。 。可 调 谐半 导体激光吸收光 谱法 ( D A ) T L s 采集气体 的红外 吸收谱 线 ,应用于 ( NO, 等气体的检测[ 。 , CH j 但足 ,目前 C O
浓 度 测 量 的 主 要 方 法 仍 然 是 非 分 散 红 外 吸 收 光 谱 法 ( ND I ) 7 ] 文 献 [ ] 过 气 体 相 关 滤 波 ( C) N R 方 R l 9通 GF 的 DI
。
其 中 为出射光强 , 。 工 为人射光强 , 为气体吸收系数 , L为 光程 , C为气体浓度 。
1 1 红 外 吸 收 光谱 原 理 .
收稿 日期 : 0 0t—6 2 1一02 。修 订 1期 :2 1-22 3 0 10 —5
基金项 目: 教育部新世纪优秀人才支持计划项 目( E 资助 NC T) 作者简介 : 陈 劲 ,1 7 年生 ,天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室博士研究 生 96 emal j o s 6. o - i wod @1 3cr :c n