三角替代法：快速计算单光谱积分吸光度与CO监测

"本文提出了一种基于TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱技术）的CO实时在线监测系统的单光谱吸收积分吸光度快速计算方法，通过三角替代Voigt线型实现了对吸光度曲线的快速非线性拟合，从而提高运算速度并保持较高精度。" 在光学领域，尤其是光谱学中，TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱技术）是一种广泛用于痕量气体检测的技术。它依赖于气体分子对特定波长的激光的吸收特性，通过测量光通过气体样品后的衰减来确定气体的浓度。这种技术因其高灵敏度和选择性而被广泛应用，尤其是在环境监测和工业过程控制中。 TDLAS的核心在于积分吸光度与气体浓度之间的线性关系，然而实际应用中，环境因素如温度、压力变化以及系统噪声可能导致吸光度曲线发生变形。因此，需要对吸光度曲线进行非线性拟合，使其回归到理论上的Voigt模型，该模型综合考虑了吸收线的自然宽度（由物理过程决定）和压力宽度（由气体分子间的碰撞引起）。传统的拟合方法，如高斯-埃尔米特方法，虽然准确但计算复杂度高，耗时较长。 针对这一问题，本文提出了一种创新的三角替代Voigt线型方法，该方法通过对Voigt函数进行三角近似，有效地减少了计算复杂度。实验结果显示，采用三角替代方法进行浓度反演，精度仅降低了0.11%，但平均计算时间却缩短了84.19%。这意味着，新方法在几乎不牺牲精度的前提下，极大地提升了线型拟合的运算速度，对于实时在线监测系统具有显著优势。 关键词涉及的技术包括光谱学，TDLAS技术，Voigt线型拟合，三角替代方法，以及高斯-埃尔米特方法。光谱学是研究电磁辐射与物质相互作用的学科，TDLAS则是其中一种重要的应用技术。Voigt线型是描述吸收谱线形状的标准模型，三角替代方法是对此模型的一种高效近似，而高斯-埃尔米特方法则是传统上用于拟合 Voigt 函数的数值计算方法。这些技术的结合与改进，对于优化痕量气体检测系统的性能具有重要意义。