Моделирование шума и методы его фильтрации в диодно-лазерной абсорбционной спектроскопии

Yan W.; Fang W.; Rui Z.; Bo Y.; Yang S.-Y.; Li X.-B.

Моделирование шума и методы его фильтрации в диодно-лазерной абсорбционной спектроскопии

Yan W. , Fang W. , Rui Z. , Bo Y. , Yang S.-Y. , Li X.-B.

2023

Для решения проблемы многократных шумовых помех в технологии перестраиваемой диоднолазерной спектроскопии поглощения (TDLAS) при обнаружении концентрации газа использованы принципы Калмана, скользящее среднее, вейвлет-преобразование и разложение по сингулярным числам. Проанализированы четыре алгоритма фильтрации и система шумоподавления. С помощью программы MATLAB смоделированы зависимости теплового шума, дробового шума, шума относительной интенсивности лазеров и характеристического значения гармонических сигналов. Для обработки шума использованы четыре алгоритма фильтрации, среди которых выбран наилучший. Для проверки работоспособности предложенных алгоритмов шумоподавления разработана экспериментальная система TDLAS с газообразным этиленом в качестве объекта детектирования. Показано, что из четырех алгоритмов фильтрации метод сингулярного разложения дает наилучший эффект при удалении теплового, дробового и лазерного шумов. После выполнения фильтрации точность непрерывного обнаружения системы повышается, может быть достигнуто снижение или даже устранение системного шума. После обработки отношение сигнал/шум обнаруженного сигнала системы улучшается на 57 дБ, коэффициент шумоподавления системы достигает 66.7%.

Yan W. , Fang W. , Rui Z. , Bo Y. , Yang S.-Y. , Li X.-B. Моделирование шума и методы его фильтрации в диодно-лазерной абсорбционной спектроскопии. Журнал прикладной спектроскопии. 2023;90(4):654.

Цитирование

Список литературы

1. G. Z. Gao, T. Zhang, G. Zhang, Opt. Express, 27, No. 13, 17887–17904 (2019).

2. G. Zhang, G. Z. Gao, T. Zhang, X. Liu, C. D. Peng, T. D. Cai, J. Quant. Spectrosc., 241, No. 34, 748 (2020).

3. J. Jiang, M. X. Zhao, G. M. Ma, IEEE Sens. J., 27, No. 99, 1 (2018).

4. Y. Krishna, S. O’Byrne, K. Munuswamy, Appl. Opt., 57, No. 17, 4943 (2018).

5. J. D. Li, P. P. Zhang, Y. J. Ding, Opt. Laser Eng., 78, No. 3-4, 503–511 (2020).

6. S. Pal, A. Das, S. Nandy, R. Kar, J. Ghosh, Rev. Sci. Instrum., 38, No. 21, 4699 (2019).

7. K. Ruxton, A. L. Chakraborty, W. Johnstone, Sensor Actuat. B, 150, No. 1, 367–375 (2010).

8. L. Li, N. Arsad, G. Stewart, Opt. Commun., 284, No. 1, 312–316 (2011).

9. J. Reid, E. L. Sherbiny, B. K. Garside, Appl. Opt. B, 19, No. 19, 3349–3353 (1980).

10. J. M. Poyet, Lutz Y. Light, Opt. Eng., 55, No. 7, 75–103 (2016).

11. L. Persson, F. Andersson, M. Andersson, Appl. Opt. B, 87, No. 3, 523–530 (2007).

12. S. Q. Wu, T. Kimishima, H. Kuze, Appl. Phys., 39, No. 7A, 4034–4040 (2000).

13. P. W. Werle, P. Mazzinghi, F. D`Amato, Spectrochim. Acta A, 60, No. 8-9, 1685–1705 (2004).

14. X. W. Zhou, H. F. Liu, Laser Part Beams., 20, No. 8, 1262–1264 (2008).

15. J. S. Li, B. L. Yu, H. Fischer. Appl. Spectrosc., 69, No. 4, 496–506 (2015).

16. D. B. Zou, W. L. Chen, Z. H. Du, Spectrosc. Spectr. Anal., 32, No. 9, 2322–2326 (2012).

17. Y. L. Huang, Y. G. Zhang, X. D. Wang, IEEE T. Instrum. Meas., 60(99), 1–14 (2017).

18. C. L. Li, Guo, X. Q. Guo, W. H. Ji, J. L. Wei, X. B. Qiu, W. G. Ma, Opt. Quant. Electron., 50, No. 7, 1539 (2018).

19. D. S. Zhang, J. Guo, Y. Jin, Opt. Eng., 56, No. 9, 1 (2017).

Источник

Информация

Автор

Yan W. Школа компьютерной и информационной инженерии Тяньцзиньского университета Чэнцзянь
Fang W. Колледж электронной информации и автоматизации Тяньцзиньского университета науки и технологий
Rui Z. Колледж электронной информации и автоматизации Тяньцзиньского университета науки и технологий
Bo Y. Колледж электротехники при Хэбэйском архитектурном университете
Yang S.-Y. Колледж электронной информации и автоматизации Тяньцзиньского университета науки и технологий
Li X.-B. Колледж электронной информации и автоматизации Тяньцзиньского университета науки и технологий

Страницы

Год издания

2023

Ключевые слова

Коллекции

Журнал прикладной спектроскопии