第33卷，第2期 2013年2月
光谱学与光诺分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 33, No. 2, pp334-339
February，2013
气体光谱分析应用中傅里叶变换红外光谱基线漂移分段比校正方法
汤晓君，王进，张蕾，关金锋，张勇，刘君华西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安
710049
摘要针对气体光谱分析应用中傅里叶变换红外光谱仪长时间连续工作时易出现光谱基线漂移、畸变间题，对红外光源温度波动及漂移、动镜倾斜、分束器性能变化以及检测器横向偏移对光谐基线的影响进行了仿真研究，结果表明光谱基线的漂移近似线性。基于此，本文提出分段比光诺基线漂移修正法SBCPD校正光谱基线。通过比较基线校正前后仿真光谱峰高变化、偏最小二乘(PLS)定量分析模型预测不确定度、油气探井气测录井在线基线校正性能，发现SBCPD性能优越，要优于传统的多项式拟合法及airPLS法，经检验，该方法性能稳定，计算量小，使于工程应用。
关键词傅里叶变换红外光谱；基线漂移；基线校正；分段比
中图分类号：O657.3
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2013)02-0334-06
规的多项式拟合法和airPLS法进行了性能比较。结果表明，分段比基线校正法计算量小，校正准确，使于工程应用。
傅里叶变换红外光谱技术作为一种重要的气体分析方法，已广泛应用于石油、化工()、环境3等领域。近年来，随着数据处理、传输等技术的提高，光诺分析技术开始应用于气体现场在线分析。然而，光谱仪在长时间连续工作后，光谱基线会发生漂移，导致光谱在线分析结果偏差较大。因此，光谱的基线实时校正成为了气体在线分析吸得解决的问题。目前，常用的基线校正方法主要有微分法}]、小波变换法["]、多项式拟合法[]、稳健局部回归估计法[]、ALS(asymmetric least squares)[) 及 airPLS (adaptive iteratively reweighted penalized least squares)法[9等。上述方法中，微分法一定程度上会改变吸收峰值的形状，放大背景噪声，严重时会导致光谱出现畸变；小波变换法校正后的光谱会存在一定失真，而且最优小波基、分解层次、小波系数网值的选取都比较困难；多项式拟合法信媒比较低时校正性能较差。稳健局部回归估计法要求光谱基线是平滑的、缓慢变化的，而且还要人为确定邻域区闻的宽度等相关参数，相对麻烦，不适用于在线基线校正；ALS方法及airPLS方法都是基于 Whittaker平滑的基线校正方法，基线校正效果较好，但都需要进行参数最优化。鉴于此，本文首先对引起红外光谱基线源移的光源温度、动镜倾斜等因素进行了仿真研究。结果表明，大多数因索变化情况下，基线漂移接近线性。在此基础上，文章提出了分段比光谱基线修正法（spectralbaseline correction bypiecewise dividing，SBCPD)，并将该方法与常
收稿日期：2012-07-06，修订日期：2012-10-10
1基线漂移原因仿真研究 1.1傅里叶变换红外光谱仪工作原理
傅里叶变换红外光谱仪的原理大多是基于如图1所示的 Michelson干涉仪(0]的。图中红外光源S发出的红外光经过透镜后平行射向分束器，然后分成反射束和透射束。这两束光经定镜和动镜反射后文回到分束器，并第二次经过分器片形成相干光束，射向样品室，透过样品的红外光经象焦后到达检测器。检测器将得到的干涉光信号送人计算机进行傅里叶变换，把干涉图还原成光谱图。其中干涉图的表达式I(z)为(na)
Ip(z)=RTB(v)cos2nady
(1)
式中，R和T分别是分束器的反射比和透射比；B（s)是输人光束强度；>是波数（cm-1）；z是光程差（cm）。从式(1)可知，当分束器的性能参数R和T、红外光源光强发生变化时，干涉信号ID(z)将发生变化。此外，动镜、定镜和检测器的位置在长期运行过程中可能发生变化，从而引起光程差、检测器吸光面积变化，干涉信号也随之变化。这可能就是光谱基线产生漂移的原因。
1.2光源温度变化对光谁基线的影响
根据Planck黑体辐射定律(12.13)，物体的辐射强度取决
基金项目：国家自然科学基金项目(51277144，50907049)和电力设备电气绝缘国家重点实验室基金项目(EIPE11307)资助
作者简介：汤晓君，1973年生，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室副教授万方数据
e-mail; xiaojun_tangmail. xjtu. edu. cn