Недавно исследовательская группа под руководством профессора Чжан Чжиронга из Аньхойского института оптики и точной механики Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук добилась значительного прогресса в изучении технологии восстановления базовой линии для абсорбционных газов широкого-спектра. Результаты под названием «Реконструкция базовой линии для характеристик поглощения широкого-спектра смесей алканов на основе лазерной абсорбционной спектроскопии» были опубликованы в международном академическом журнале Analytical Chemistry.
Спектроскопия прямого поглощения является наиболее широко используемым методом количественного анализа газов в рамках лазерной абсорбционной спектроскопии. Однако точность его измерения во многом зависит от точного определения базовой интенсивности падающего света-интенсивности светового сигнала в отсутствие поглощения газа. Для газов с широкими-полосными характеристиками поглощения, таких как алканы (например, пропан, бутан), линии поглощения плотно упакованы и непрерывны, часто без отчетливых областей,-свободных от поглощения. Эта характеристика делает традиционные методы коррекции базовой линии,-такие как метод предсказания свободной среды поглощения-или полиномиальную аппроксимацию-неэффективными или совершенно ненадежными в реальных-сценариях промышленного динамического мониторинга, создавая критическое узкое место для высокоточных приложений этой технологии.
Удовлетворяя насущную потребность промышленной безопасности в высокоточном-мониторинге-маркеров алкановых газов в режиме реального времени,-особенно в таких приложениях, как обнаружение утечек нефти и газа в резервуарах-, исследовательская группа предложила новаторскую стратегию реконструкции базовой линии с двумя-длинами волн, основанную на физических принципах. Основная концепция использует физические корреляции внутри оптического пути, а не полагается на сложные алгоритмические предположения или обширное обучение данных. Команда обнаружила, что в ячейках с множественным-поглощением отражения колебания интенсивности света, вызванные такими факторами, как изменения температуры и дрожание оптических компонентов, демонстрируют сильную корреляцию на разных длинах волн.
Используя этот физический механизм, команда успешно создала надежную линейную модель, связывающую целевую длину волны (1686 нм, в первую очередь для мониторинга пропана и бутана) с эталонной длиной волны (1653 нм, в основном для мониторинга метана). Благодаря постоянному мониторингу точно измеримых изменений базовой линии в канале эталонной длины волны эта модель синхронно и точно восстанавливает неизвестную базовую линию в широкой полосе поглощения целевой длины волны. Этот подход решает проблему отсутствия «опорных точек» для калибровки базовой линии в газах широкого-спектра.
Экспериментальная проверка показывает, что в условиях динамического циклирования температуры в диапазоне от -10 градусов до 30 градусов относительная -среднеквадратическая- ошибка этого метода восстановления базовой линии остается ниже 1,63 %. Применительно к расчетам поглощения пропана, бутана и их смесей восстановленная базовая линия вносила максимальную относительную погрешность всего в 1,7%. Эта работа превращает основную задачу измерения в прямой абсорбционной спектроскопии в решение, основанное на измеримых физических корреляциях, предлагая новый подход для высокоточного-точного-онлайн-мониторинга в режиме реального времени поглощающих газов широкого спектра в сложных промышленных средах, таких как нефтехимическое безопасное производство.
