本技術(shù)屬于氣體分析領(lǐng)域，尤其涉及一種船用氨氣分析檢測方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、隨著海運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，液氨運(yùn)輸船的安全運(yùn)營成為備受關(guān)注的重點(diǎn)。船用氨氣的泄漏不僅會(huì)對(duì)船員的生命安全造成威脅，還可能引發(fā)環(huán)境污染問題。目前，傳統(tǒng)的船用氨氣檢測方法主要依賴于電化學(xué)傳感器，這種方式存在檢測精度低、易受干擾、使用壽命短等問題，難以滿足船舶安全運(yùn)營的實(shí)際需求。

2、在相關(guān)技術(shù)中，可以利用量子級(jí)聯(lián)激光器產(chǎn)生的中紅外光與氨氣分子發(fā)生選擇性吸收，通過測量吸收光譜來實(shí)現(xiàn)氨氣濃度的精確檢測。該系統(tǒng)具有檢測靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，有效降低了傳統(tǒng)檢測方法的局限性。

3、然而，量子級(jí)聯(lián)激光器對(duì)溫度變化十分敏感，在船舶復(fù)雜多變的環(huán)境中，激光器的工作波長容易發(fā)生漂移，需要復(fù)雜的溫度控制系統(tǒng)來保持穩(wěn)定，增加了系統(tǒng)的功耗，降低了檢測系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而降低了對(duì)氨氣分析檢測的準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種船用氨氣分析檢測方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及程序產(chǎn)品，用于提高檢測系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高對(duì)氨氣分析檢測的準(zhǔn)確度。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種船用氨氣分析檢測方法，控制紅外光源在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)交替發(fā)射第一紅外光束和第二紅外光束，第一紅外光束的波長位于待測氣體吸收光譜的特征吸收峰波長范圍內(nèi)，第二紅外光束的波長位于待測氣體吸收光譜的參考區(qū)間波長范圍內(nèi)；

3、采集第一紅外光束和第二紅外光束經(jīng)過待測氣體后分別形成的第一透射光束和第二透射光束的光譜數(shù)據(jù)；

4、基于第二透射光束的光譜數(shù)據(jù)，確定待測氣體的實(shí)際溫度值，參考區(qū)間波長范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)不受待測氣體濃度的影響；

5、根據(jù)實(shí)際溫度值從預(yù)設(shè)多組基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)中選取與實(shí)際溫度值匹配的目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)，每組基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不同的溫度工況；

6、計(jì)算第一透射光束的光譜數(shù)據(jù)相對(duì)于目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)的位置偏移量；

7、基于位置偏移量，調(diào)整紅外光源發(fā)射的第一紅外光束的波長，使第一紅外光束的波長與目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)的特征吸收峰波長相匹配；

8、采集調(diào)整后的第一紅外光束經(jīng)過待測氣體形成的第三透射光束的光譜數(shù)據(jù)；

9、將第三透射光束的光譜數(shù)據(jù)與目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到待測氣體的濃度值。

10、通過采用上述技術(shù)方案，通過控制紅外光源交替發(fā)射位于待測氣體特征吸收峰波長范圍和參考區(qū)間波長范圍的兩束紅外光，獲取透射光束的光譜數(shù)據(jù)，利用參考區(qū)間不受氣體濃度影響的特性確定實(shí)際溫度值，進(jìn)而選取匹配的目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)。計(jì)算光譜數(shù)據(jù)相對(duì)目標(biāo)基準(zhǔn)光譜的位置偏移量并據(jù)此調(diào)整光束波長，使其與特征吸收峰波長相匹配，最終通過對(duì)比獲得準(zhǔn)確的濃度值。這種方案通過參考區(qū)間光譜確定溫度再選取基準(zhǔn)光譜的方式，降低了溫度變化導(dǎo)致的測量誤差，提高了檢測系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高了對(duì)氨氣分析檢測的準(zhǔn)確度。

11、結(jié)合第一方面的一些實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，基于第二透射光束的光譜數(shù)據(jù)，確定待測氣體的實(shí)際溫度值，具體包括：

12、對(duì)第二透射光束的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，得到不同頻率成分的溫度特征系數(shù)；

13、基于溫度特征系數(shù)構(gòu)建溫度特征向量，溫度特征向量包括各頻率成分的振幅比值和相位差；

14、將溫度特征向量與預(yù)設(shè)溫度標(biāo)定曲線進(jìn)行匹配，得到待測氣體的實(shí)際溫度值，溫度標(biāo)定曲線表征溫度特征向量與實(shí)際溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

15、通過采用上述技術(shù)方案，采用小波分解方法對(duì)參考區(qū)間光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取不同頻率成分的溫度特征系數(shù)，構(gòu)建包含振幅比值和相位差的溫度特征向量，通過與溫度標(biāo)定曲線匹配得到實(shí)際溫度值。這種基于多尺度分析的溫度測量方案能夠分離出光譜數(shù)據(jù)中與溫度相關(guān)的特征信息，降低其他環(huán)境因素的干擾。通過振幅比值和相位差兩個(gè)維度構(gòu)建溫度特征向量，增強(qiáng)了溫度特征的表達(dá)能力，提高了溫度測量的魯棒性。溫度標(biāo)定曲線反映了特征向量與實(shí)際溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得溫度測量過程具有可追溯性和重復(fù)性。

16、結(jié)合第一方面的一些實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，調(diào)整紅外光源發(fā)射的第一紅外光束的波長，具體包括：

17、計(jì)算位置偏移量在不同波長區(qū)間的偏移分量；

18、對(duì)偏移分量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得到波長補(bǔ)償值，加權(quán)計(jì)算的權(quán)重系數(shù)與各波長區(qū)間的溫度敏感度成反比；

19、基于波長補(bǔ)償值調(diào)整紅外光源的驅(qū)動(dòng)電流，使第一紅外光束的波長與目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)的特征吸收峰波長相匹配。

20、通過采用上述技術(shù)方案，通過計(jì)算不同波長區(qū)間的偏移分量，并根據(jù)溫度敏感度的反比關(guān)系確定權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到波長補(bǔ)償值，據(jù)此調(diào)整紅外光源的驅(qū)動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)波長校正，降低了溫度波動(dòng)對(duì)波長調(diào)整的影響。通過驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)波長補(bǔ)償，降低了機(jī)械調(diào)節(jié)方式的滯后性和不穩(wěn)定性，使波長調(diào)整具有快速響應(yīng)能力，能夠精確地將發(fā)射光束的波長調(diào)整到與特征吸收峰匹配的位置，提高濃度測量的準(zhǔn)確性。

21、結(jié)合第一方面的一些實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，在將第三透射光束的光譜數(shù)據(jù)與目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到待測氣體的濃度值之后，方法還包括：

22、以第一預(yù)設(shè)時(shí)長為基準(zhǔn)周期，在每個(gè)基準(zhǔn)周期內(nèi)交替執(zhí)行短周期檢測序列和長周期檢測序列；

23、對(duì)短周期檢測序列和長周期檢測序列獲得的濃度值進(jìn)行微分運(yùn)算，提取濃度突變特征；

24、當(dāng)檢測到濃度突變特征時(shí)，將短周期檢測序列的采樣周期按照預(yù)設(shè)規(guī)則依次減半至達(dá)到預(yù)設(shè)響應(yīng)極限；

25、暫停長周期檢測序列。

26、通過采用上述技術(shù)方案，在基準(zhǔn)周期內(nèi)交替執(zhí)行短周期和長周期檢測序列，通過微分運(yùn)算提取濃度突變特征，檢測到突變時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣策略。在檢測到突變特征后，通過逐步減半短周期檢測序列的采樣周期并暫停長周期檢測，實(shí)現(xiàn)了檢測資源的合理分配。當(dāng)氣體濃度穩(wěn)定時(shí)維持常規(guī)檢測節(jié)奏，出現(xiàn)突變時(shí)快速提高采樣頻率，提高了對(duì)突變信號(hào)的快速響應(yīng)能力，降低了計(jì)算資源的浪費(fèi)。通過檢測序列的動(dòng)態(tài)調(diào)整，在保證檢測靈敏度的同時(shí)優(yōu)化了系統(tǒng)資源利用效率，使檢測過程更加智能和高效。

27、結(jié)合第一方面的一些實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，對(duì)短周期檢測序列和長周期檢測序列獲得的濃度值進(jìn)行微分運(yùn)算，提取濃度突變特征，具體包括：

28、分別計(jì)算短周期檢測序列和長周期檢測序列的一階微分值和二階微分值；

29、在短周期檢測序列中，當(dāng)一階微分值的絕對(duì)值大于第一閾值且二階微分值的符號(hào)發(fā)生改變時(shí)，判定為快速突變特征；

30、在長周期檢測序列中，當(dāng)連續(xù)多個(gè)檢測周期的一階微分值符號(hào)相同且幅值逐漸增大時(shí)，判定為漸變特征。

31、通過采用上述技術(shù)方案，通過分別計(jì)算短周期檢測序列和長周期檢測序列的一階微分值和二階微分值，建立了雙重判定機(jī)制來識(shí)別氣體濃度的變化特征。在短周期檢測序列中引入一階微分絕對(duì)值和二階微分符號(hào)變化的聯(lián)合判定條件，可以精確捕捉氣體濃度的快速突變過程，減少因單一判據(jù)帶來的誤判。在長周期檢測序列中通過連續(xù)多個(gè)周期一階微分值的符號(hào)和幅值變化趨勢(shì)分析，能夠可靠識(shí)別氣體濃度的漸變過程。雙序列協(xié)同的判定方式既保證了對(duì)快速突變的及時(shí)響應(yīng)，又能準(zhǔn)確跟蹤漸變過程，提高了氣體濃度突變特征提取的準(zhǔn)確性和可靠性。基于微分特征的多維度分析方法，降低了環(huán)境噪聲和測量波動(dòng)對(duì)判定結(jié)果的干擾，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的檢測穩(wěn)定性。

32、結(jié)合第一方面的一些實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，在暫停長周期檢測序列之后，方法還包括：

33、基于已暫停的長周期檢測序列末尾的檢測數(shù)據(jù)，對(duì)短周期檢測序列的波長進(jìn)行補(bǔ)償；

34、每執(zhí)行預(yù)設(shè)次數(shù)的短周期檢測后，插入一次反向掃描序列，反向掃描序列的波長變化方向與短周期檢測序列相反；

35、將反向掃描序列的檢測結(jié)果與短周期檢測序列進(jìn)行對(duì)比，消除波長漂移累積效應(yīng)。

36、通過采用上述技術(shù)方案，采用已暫停的長周期檢測序列末尾數(shù)據(jù)對(duì)短周期檢測序列的波長進(jìn)行補(bǔ)償，減少了檢測系統(tǒng)因外部環(huán)境變化導(dǎo)致的波長偏移。在短周期檢測過程中插入反向掃描序列，通過反向波長變化獲取互補(bǔ)的檢測數(shù)據(jù)，使檢測系統(tǒng)能夠在保持高頻率采樣的同時(shí)對(duì)波長漂移進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。反向掃描序列與短周期檢測序列的交替執(zhí)行形成了閉環(huán)校準(zhǔn)機(jī)制，抑制了波長漂移的累積效應(yīng)。通過對(duì)波長漂移的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高了短周期高頻檢測過程的波長準(zhǔn)確性，保證了在高頻采樣條件下的測量精度。波長補(bǔ)償與反向掃描相結(jié)合的方法，增強(qiáng)了檢測系統(tǒng)的自校準(zhǔn)能力，使系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行過程中保持穩(wěn)定的檢測性能。

37、結(jié)合第一方面的一些實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，將反向掃描序列的檢測結(jié)果與短周期檢測序列進(jìn)行對(duì)比，消除波長漂移累積效應(yīng)，具體包括：

38、提取反向掃描序列和短周期檢測序列在時(shí)間重疊區(qū)間的檢測結(jié)果；

39、將檢測結(jié)果按照時(shí)間順序和反序分別進(jìn)行傅里葉變換，得到順序變換結(jié)果和反序變換結(jié)果；

40、計(jì)算順序變換結(jié)果和反序變換結(jié)果的相位差，并將相位差作為波長漂移量；

41、根據(jù)波長漂移量調(diào)整短周期檢測序列的基準(zhǔn)波長。

42、通過采用上述技術(shù)方案，通過提取反向掃描序列和短周期檢測序列在時(shí)間重疊區(qū)間的檢測結(jié)果，并對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行順序和反序傅里葉變換，得到了反映波長漂移特征的相位差信息。相位差分析方法將時(shí)域上的波長漂移轉(zhuǎn)化為頻域特征，提供了更加準(zhǔn)確的波長漂移量計(jì)算依據(jù)。該補(bǔ)償機(jī)制通過調(diào)整短周期檢測序列的基準(zhǔn)波長，實(shí)現(xiàn)了波長漂移的精確校正。傅里葉變換配合相位差分析的數(shù)據(jù)處理方法，提高了波長漂移量的計(jì)算精度，使波長校準(zhǔn)過程具有更好的抗干擾性和可靠性。

43、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種船用氨氣分析檢測系統(tǒng)，該船用氨氣分析檢測系統(tǒng)包括：一個(gè)或多個(gè)處理器和存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器與一個(gè)或多個(gè)處理器耦合，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序代碼，計(jì)算機(jī)程序代碼包括計(jì)算機(jī)指令，一個(gè)或多個(gè)處理器調(diào)用計(jì)算機(jī)指令以使得系統(tǒng)執(zhí)行如第一方面以及第一方面中任一可能的實(shí)現(xiàn)方式描述的方法。

44、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括指令，當(dāng)上述指令在系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)，使得上述系統(tǒng)執(zhí)行如第一方面以及第一方面中任一可能的實(shí)現(xiàn)方式描述的方法。

45、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)，使得系統(tǒng)執(zhí)行如第一方面中任一可能的實(shí)現(xiàn)方式描述的方法。

46、本技術(shù)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

47、1、本技術(shù)提供了一種船用氨氣分析檢測方法，通過采用上述技術(shù)方案，通過控制紅外光源交替發(fā)射位于待測氣體特征吸收峰波長范圍和參考區(qū)間波長范圍的兩束紅外光，獲取透射光束的光譜數(shù)據(jù)，利用參考區(qū)間不受氣體濃度影響的特性確定實(shí)際溫度值，進(jìn)而選取匹配的目標(biāo)基準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)。計(jì)算光譜數(shù)據(jù)相對(duì)目標(biāo)基準(zhǔn)光譜的位置偏移量并據(jù)此調(diào)整光束波長，使其與特征吸收峰波長相匹配，最終通過對(duì)比獲得準(zhǔn)確的濃度值。這種方案通過參考區(qū)間光譜確定溫度再選取基準(zhǔn)光譜的方式，降低了溫度變化導(dǎo)致的測量誤差，提高了檢測系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高了對(duì)氨氣分析檢測的準(zhǔn)確度。

48、2、本技術(shù)提供了一種船用氨氣分析檢測方法，在基準(zhǔn)周期內(nèi)交替執(zhí)行短周期和長周期檢測序列，通過微分運(yùn)算提取濃度突變特征，檢測到突變時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣策略。在檢測到突變特征后，通過逐步減半短周期檢測序列的采樣周期并暫停長周期檢測，實(shí)現(xiàn)了檢測資源的合理分配。當(dāng)氣體濃度穩(wěn)定時(shí)維持常規(guī)檢測節(jié)奏，出現(xiàn)突變時(shí)快速提高采樣頻率，提高了對(duì)突變信號(hào)的快速響應(yīng)能力，降低了計(jì)算資源的浪費(fèi)。通過檢測序列的動(dòng)態(tài)調(diào)整，在保證檢測靈敏度的同時(shí)優(yōu)化了系統(tǒng)資源利用效率，使檢測過程更加智能和高效。

49、3、本技術(shù)提供了一種船用氨氣分析檢測方法，采用已暫停的長周期檢測序列末尾數(shù)據(jù)對(duì)短周期檢測序列的波長進(jìn)行補(bǔ)償，減少了檢測系統(tǒng)因外部環(huán)境變化導(dǎo)致的波長偏移。在短周期檢測過程中插入反向掃描序列，通過反向波長變化獲取互補(bǔ)的檢測數(shù)據(jù)，使檢測系統(tǒng)能夠在保持高頻率采樣的同時(shí)對(duì)波長漂移進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。反向掃描序列與短周期檢測序列的交替執(zhí)行形成了閉環(huán)校準(zhǔn)機(jī)制，抑制了波長漂移的累積效應(yīng)。通過對(duì)波長漂移的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高了短周期高頻檢測過程的波長準(zhǔn)確性，保證了在高頻采樣條件下的測量精度。波長補(bǔ)償與反向掃描相結(jié)合的方法，增強(qiáng)了檢測系統(tǒng)的自校準(zhǔn)能力，使系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行過程中保持穩(wěn)定的檢測性能。