[发明专利]基于CVAFS法测量火电厂烟气汞浓度的信号处理方法

说明书

本发明提供一种基于CVAFS法测量火电厂烟气汞浓度的信号处理方法。本发明的方法包括：汞分析仪输出电压信号的获取；电压信号数据的预处理；电压曲线进行分段多项式拟合；针对拟合出的多项式建立对应的状态空间方程；对于含噪信号进行多模型扩展卡尔曼滤波处理。本发明用于基于CVAFS法火电厂烟气汞浓度在线监测领域中系统精确机理模型难以确定的情况，可以通过本发明实现光电倍增管输出信号的滤波处理，方法简单易实施，滤波效果好。

技术领域：

本发明涉及一种基于CVAFS法测量火电厂烟气汞浓度的信号处理方法，属于信号处理技术领域。

背景技术：

汞作为一种剧毒的痕量重金属元素，在环境污染中显示出的潜在持久危害性越来越受到国内外的重视。2011年，我国环保部发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)将汞纳入了控制范畴，规定燃煤电厂汞及其化合物最大排放量为0.05mg/m³，2015年又将此标准提高到0.03mg/m³。虽然目前我国限制新建燃煤电厂，但其仍然是我国发电主力，所以对燃煤电厂汞污染物排放的监测与控制显得尤为重要。

目前对烟气汞浓度的监测主要采用在线连续监测系统Hg-CEM，而在该系统中主要通过冷蒸气原子吸收光谱法(CVAAS)和冷蒸气原子荧光光谱法(CVAFS)来测定烟气中汞的浓度。其中CVAFS是最常用的方法，它是一种特定的基态原子因吸收特定波长的辐射而被激发，激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光，通过检测器测定原子发出的荧光强度从而实现对元素浓度测定的痕量分析方法。相对于CVAAS，CVAFS具有灵敏度更高、线性范围更广、检出限更低、光谱干扰更小、设备更简单等优点。

目前国外主流汞在线监测仪器有Tekran和Thermo Scientific，其设备价格十分昂贵，相关技术保密。而国内烟气汞在线监测技术研究起步较晚，不够成熟，可靠性和准确性都有待提高。为了制造出适应我国燃煤电厂运行特点、测量精度高、价格低廉和具有我国独立的知识产权的汞形态/浓度在线监测仪器。本发明从汞分析仪的输出电压信号入手，针对含有噪声的电压信号进行软件滤波处理，从而保证最终获得的汞浓度值准确可靠。

汞分析仪测定烟气汞浓度的基本原理为，汞冷蒸气在光源的照射下被激发，被激发后的汞原子返回到基态时会发出荧光，该荧光强度通过光电倍增管来检测，进而确定被测汞浓度。因此，要保证测定的浓度准确性及精确性，必须要对光电倍增管及其相关电路的特性及其噪声进行分析。

郭从良等在分析光电倍增管总体噪声的基础上建立了光子噪声、光阴极噪声、二次发射噪声、打拿极串噪声和整体噪声的数学模型，为光电倍增管的去噪分析和相关匹配电路的设计提供了理论基础。针对上述噪声，目前主要采取如下步骤来降低该噪声，首先规范光电倍增管的设计制造以及工作条件，其次设计一系列电路来对光电倍增管输出的电压信号进行硬件滤波，其最终处理得到的信号较为理想。通过对上述方法分析，其并未涉及软件滤波，而且在硬件电路的设计上相对复杂繁琐。本发明将多模型扩展卡尔曼滤波方法应用于该非线性系统中，为汞分析仪的信号处理提供新方法和新思路。在对信号进行滤波处理之前首先要获得相应的状态空间方程，而目前常用的经验模型为高斯型，通过将此模型与实际曲线对比发现该模型的误差较大，这势必会影响最终的滤波效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种基于CVAFS法测量火电厂烟气汞浓度的信号处理方法，采用多模型卡尔曼滤波算法来进行滤波处理，从而保证最终获得的汞浓度值准确可靠。

上述的目的通过以下技术方案实现：

基于CVAFS法测量火电厂烟气汞浓度的信号处理方法，该方法包括：汞分析仪输出电压信号的获取；电压信号数据的预处理；电压曲线进行分段多项式拟合；针对拟合出的多项式建立对应的状态空间方程；对于含噪信号进行多模型扩展卡尔曼滤波处理。