RES-Q-Trace：用于多组份痕量气体中红外检测，基于移动CEAS的演示仪(4)

2.3. 数据处理和分析技术

    使用运行在4集成1.66 GHz ATOM双核Mini-ITX计算机(ADLINK Technology, Model MXC-4002D/M2G)上的客户LabVIEW例程，来进行全部试验控制和收集，以及数据的平均和处理。试验控制和收集、数据的平均和处理，包含所有要求的DAQ卡：1个快波形数字转换器(50 MS/s)，1个模似-数字板（允许连续取样，可达到740 kS/s），2个高速任意函数发生器板(125MS/s)，4个慢速(200 kS/s)多功能模似数字板。通过一个LAN接口和一台便携式电脑，在外部自定义访问计算机组。

    获取的数据可按要求平均。就OA-CEAS来说，在保持最大吞吐量期间，移动平均数集成到混沌模式结构。从测量射线强度来看，OA-CEAS数据吸收系数α，如下：

    这里，I0是基线信号，I是随样品出现的发射信号，R是腔反射镜的有效反射率，L是腔的物理长度。有了吸收媒质的频率依赖吸收截面σ(ν)，吸收媒质的浓度n可测定。至于OF-CEAS,α估值，假设样品吸收与反射镜损失相比是小的：

 

    这里I是每个腔模的振幅和I0是代表基线腔模的振幅，是根据第二阶多项式拟合测定的。多项式拟合是扫描的第一和最后8模的振幅的拟合。
    在所有试验中，有效的反射性R ，通过测量整体的吸收，来单独测定。整体的吸收来自几个已知数量的混和的参照气体，参照气体都带有记录线强度[41,42]。对OF-CEAS光谱，这种分析分别为奇偶模执行，引起腔折叠式反射镜的不同相。对应的LabVIEW例程，一个峰值发现算法，允许在获得的信号序列中检测和分离奇偶腔模。为奇偶腔模单独衍生的吸收系数α接着组合到全部的吸收光谱中。
    所得光谱展示给用户，可人工或自动地存储在文件系统，也可在线分析。关于分析，使用Levenberg Marquardt算法，为每一发射，光谱同Voigt曲线拟合。至于OA-CEAS光谱，高斯宽度设为室温Doppler线宽和一个未知部分总和的平方根，未知部分是由另外的纯高斯增宽引起的，高斯增宽来于当前激光调谐[17]。Voigt曲线的Lorentzian部分是一个自由运行拟合参数，来补偿线宽的压力增宽的差异，差异由氮气代替空气引起的，如通常列出的，例如在HIRTAN数据库[41]中。相反，OF-CEAS光谱的拟合，不受任何仪器增宽的影响。因激光对一个腔模的自锁，腔模有视图kHz的宽度(依赖于衰荡时间,  见例于[14])，激光线宽，变窄下来，到2.1.2中描述的范围（节2.1.2中有描述）。另外，在OF-CEAS，不需要要附加的电流调制。所以，在Voigt曲线拟合到OF-CEAS光谱过程中，高斯宽度仅在室温下设成Doppler增宽，而Lorentzian部分处理成一个自由运行拟合参数，跟OA-CEAS光谱的情况一样。 到于光谱的未分解的发射，执行一个所有组件累积的拟合，混和相关中心频率和相关面积，还有仅有由Doppler增宽引起的高斯线宽。从曲线的面积值和已知线强度，来判定样品的浓度。
    单个CEAS装置的极限敏感度和时间稳定性的特性描述，最小检测吸收系数αmin，测量为收集时间τ(扫描次数/调谐速率)的一个函数。据普通惯例，αmin由分析基线噪音衍生，即，零吸收[19,43,44]。例如，Gorrotxategi-Carbajo和同事提出理由证明：使用本方法在 有趣气体物质非零浓度的可能变化，可能避免引起检测限过高估计[19]。腔中在一个压力下填满了纯净N2，在此压力下进行浓度测量。分析噪音统计数字，LOD结果来自标准偏差(1σ)。
 

原著：N.Lang, U.Macherius, H.Zimmermann, S.Glitsch, M.Wiese, J.Röpcke, J.Pierre H. van Helden

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