[发明专利]一种自校准分析仪的设计方法及装置

摘要

本发明涉及一种自校准分析仪的设计方法及装置，包括以下步骤零气的产生和纯净谱的采集；复合参考气的产生和参考谱的采集计算；实时过程采样气体的流路控制和过程谱的采集计算；过程谱与参考谱的比对计算获得目标分析物的浓度。本发明通过新的技术设计方案，可适用于完全不同的背景，只要采样气体和复合参考气的光谱在电子器件的线性反应区内，不引起饱和效应。它不需要出厂前的预校准，更不需要对过程采样气和校验气按照不同的组别存参考曲线，当然也不需要在过程采样测量和校验测量时采用不同的参考曲线。它使用内置的标准气源实时自校准。

主权项

一种自校准的光谱分析仪的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）零气的产生和纯净谱的采集；（2） 复合参考气的产生和参考谱的采集计算；（3）实时过程采样气体的流路控制和过程谱的采集计算；（4）过程谱与参考谱的比对计算获得目标分析物的浓度，其中，由状态变化鉴别器同步实时监测气体背景状态的变化，所述变化超出范围，则重启零气的产生和纯净谱的采集过程，步骤（2）中，复合参考气体的生成包括：首先引导采样气体通过洗涤器去除目标分析物，然后向处理过的采样气体中添加已知量的一种或多种目标分析物包含一步或多步添加已知浓度的气态、液态或固态目标分析物，步骤（4）比对计算目标分析物浓度的步骤包括：使用光强度域或波长域上过程谱、参考谱和纯净谱数据的部分或全部确定一个或多个差值、比值、均方误差、决定系数、互相关函数、互相关积分、回归系数；比对计算目标分析物浓度的确定方法包括：使用减法、分割、交叉相关性、卷积、曲线拟合、回归分析和优化的一种或多种数学或化学计量学的应用方法，自校准的光谱分析仪的设计方法具体包括：（1）从测量现场采样的过程气体首先经过流量控制器，获得稳定的已知流速的采样气流，再通过洗涤器，获得没有目标分析物仅有背景气体的零气，流路控制器通过阀门开关控制零气流入采样气室，标准气源绕过采样气室直接流到采样气室的下游出口，光谱仪采样气室的光源发出的光通过一个已知光程的气室，到达检测器，经过电子设备的采样处理，获得零气的光谱，称之为纯净谱作为光谱分析和计算的基线；（2）流路控制器继续控制零气流入采样气室，同时控制标准气源与零气混合流入采样气室，由于零气的流速和标准气源产生目标分析物的浓度和流速已知，因此目标分析物在采样气室的浓度可知，光谱仪采样气室的光源发出的光通过同一个已知光程的气室，到达检测器，经过电子设备的采样处理，获得含参考气体的复合参考气的光谱，称之为复合参考谱，复合参考谱减去纯净谱获得参考谱；（3）流路控制器继续控制采样气体绕过洗涤器，直接流入采样气室，同时控制标准气源绕过采样气室直接流到采样气室的下游出口，光谱仪采样气室的光源发出的光通过同一个已知光程的气室，到达检测器，经过电子设备的采样处理，获得过程气体的光谱，称之为复合过程谱，复合过程谱减去纯净谱获得过程谱；（4）过程谱与参考谱具有相同的背景状态，通过比对计算可获得过程采样气体中的目标分析物的浓度，第二路采样气体流过第二个洗涤器，始终产生甄别零气，然后通过状态变化甄别器，它记录在光谱仪采集零气时甄别零气的状态得到初始甄别状态，并同步实时监控后续过程采样气体测量时甄别零气的状态得到实时甄别状态，状态包括但不限于温度、压强、持续时间和背景组份和由其组成的背景光谱结构，当实时甄别状态与初始甄别状态的变化超出设定范围后，启动一个新的零气生成和纯净谱采集的过程，所述的自校准的光谱分析仪装置，包括发射连续光或脉冲光的光源、检测器、把目标分析物移除或减少到可忽略不计的水平的洗涤器、及可将目标分析物加到零气的标准气源、流量控制器和流路控制器，经洗涤器、标准气源产生的复合参考气体流入气室，光源所发射的光线穿过一个已知光程的采样气室，投射到与分析仪连接的探测器上，通过分析仪量化探测器检测到的光强信号，气室内分别安装一个或多个实时测量气室内的温度和压力的温度和/或压力传感器及端镜，该端镜位于气室的一端或两端，系统配有状态变化鉴别器，同步实时监测气体背景状态变化，当变化超出设定范围时，启动一个新的参考谱的采集过程。