本技術(shù)涉及溫度檢測，尤其涉及一種基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法、系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光聲光譜技術(shù)（photoacoustic?spectroscopy，pas）是一種基于光聲效應(yīng)的高靈敏度檢測方法。光聲效應(yīng)是指氣體在吸收光能后產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致局部溫度上升，進(jìn)而引起氣體的熱膨脹，并生成聲波。光聲光譜技術(shù)通過檢測這種聲波信號的強(qiáng)度和頻率特性，可以分析物質(zhì)的吸收特性及其與溫度的關(guān)系。這種方法最早被用于氣體檢測，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展至成分分析和生物醫(yī)學(xué)成像等多個領(lǐng)域。

2、常見的溫度檢測方式包括熱電偶、紅外測溫、電阻溫度探測器（resistancetemperature?detector，rtd）、熱敏電阻和光纖測溫等。熱電偶和rtd需要與樣品直接接觸，響應(yīng)速度較慢；紅外測溫雖然是非接觸式，但易受環(huán)境光干擾；而光纖測溫雖然適合惡劣環(huán)境，但成本較高。相比之下，光聲光譜溫度檢測具備獨(dú)特優(yōu)勢。其高靈敏度和選擇性使光聲技術(shù)能夠檢測特定區(qū)域的溫度變化，減少外部因素干擾，使檢測結(jié)果更加精準(zhǔn)。光聲光譜還具備快速響應(yīng)特性，能在動態(tài)環(huán)境中實(shí)時監(jiān)測溫度變化，且在高溫、高壓等惡劣環(huán)境中有廣泛的應(yīng)用前景。

3、在光聲光譜中，氣體會在不同溫度下產(chǎn)生不同的吸收峰值，通過檢測氣體在當(dāng)前狀態(tài)下產(chǎn)生的二次諧波幅值信息來進(jìn)行反演分析，就可以得到溫度待測區(qū)的溫度信息。然而，由于不同氣體在某些波段具有相似的吸收特性，當(dāng)被用作進(jìn)行溫度檢測的目標(biāo)氣體與其它在此波段也存在吸收的非目標(biāo)氣體時，非目標(biāo)氣體的光吸收會產(chǎn)生額外的光聲信號，導(dǎo)致檢測信號的復(fù)雜化和不確定性。尤其是在多成分氣體環(huán)境中，重疊的吸收譜帶會使得目標(biāo)氣體的信號難以被單獨(dú)提取出來，從而影響溫度測量的精確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法、系統(tǒng)，能夠有效保證溫度檢測的精確性，提高檢測效率。

2、本技術(shù)第一方面提供的基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法，包括：建立干擾消除模型；采用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練干擾消除模型；訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括訓(xùn)練混合氣體的二次諧波信號以及與訓(xùn)練混合氣體的二次諧波信號對應(yīng)的第一氣體的二次諧波信號和第二氣體的二次諧波信號；訓(xùn)練混合氣體包括第一氣體和第二氣體，第二氣體為第一氣體的干擾氣體；將采集混合氣體的實(shí)時二次諧波信號輸入至訓(xùn)練后的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到第一氣體的實(shí)時二次諧波信號；基于第一氣體的實(shí)時二次諧波信號反演第一氣體的溫度。

3、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，干擾消除模型包括依次連接的多個卷積組合層，卷積組合層包括相連接的卷積層和激活層；卷積層的卷積公式為：

4、；

5、其中，為卷積輸出中第i個元素，k為卷積核的大小，為卷積核的第j個權(quán)重參數(shù)，i、j為正整數(shù)，二次諧波信號<mi>x</mi><mi>=[</mi><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub><mi>,?,</mi><msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub><mi>]</mi>，卷積核<mi>w</mi><mi>=[</mi><msub><mi>w</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>w</mi><mn>2</mn></msub><mi>,?,</mi><msub><mi>w</mi><mi>k</mi></msub><mi>]</mi>，n為二次諧波信號x的大小，為偏置項(xiàng)；激活層的激活函數(shù)為relu函數(shù)。

6、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，干擾消除模型還包括與卷積組合層相連的池化層，池化層為最大池化層，池化層的池化公式為：

7、；

8、其中，為第i層的池化結(jié)果，p為池化窗口的大小。

9、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，干擾消除模型還包括與池化層相連的全連接層，全連接層的輸出公式為：；；

10、為所述干擾消除模型輸出的第一氣體的二次諧波信號，為所述干擾消除模型輸出的第二氣體的二次諧波信號；為線性激活函數(shù)，；為第m層中提取二次諧波信號的第j個輸入特征；為第m層第一氣體的第j個權(quán)重參數(shù)，為第m層第二氣體的第j個權(quán)重參數(shù)，為第m層的第一氣體的偏置項(xiàng)，為第m層的第二氣體的偏置項(xiàng)；其中，m為卷積組合層的層數(shù)，m小于或等于5。

11、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法還包括：對采集混合氣體的實(shí)時二次諧波信號進(jìn)行歸一化處理；基于第一氣體的實(shí)時二次諧波信號反演第一氣體的溫度包括：將第一氣體的實(shí)時二次諧波信號進(jìn)行反歸一化處理；基于反歸一化處理后的第一氣體的實(shí)時二次諧波信號反演第一氣體的溫度。

12、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，歸一化處理的公式為：；x為原始信號，xmax為原始信號的最大值，xmin為原始信號的最小值，xnom為歸一化信號；反歸一化處理的公式為：；為反歸一化信號；為縮放因子。

13、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，干擾消除模型的損失函數(shù)為：；為實(shí)際的第一氣體的二次諧波信號，為實(shí)際的第二氣體的二次諧波信號。

14、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，第一氣體為co2，第二氣體為h2o。

15、本技術(shù)第一方面提供的基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法，具有普適性，可拓展應(yīng)用到其它相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。主要內(nèi)容包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的建立及特征選擇、模型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、干擾消除模型的訓(xùn)練和使用干擾消除模型實(shí)現(xiàn)對光聲光譜溫度檢測系統(tǒng)進(jìn)行校正，無需增加額外的硬件設(shè)備，有效保證溫度檢測的精確性，提高檢測效率。

16、本技術(shù)第二方面提供的基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測系統(tǒng)，采用第一方面提供的基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法，基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測系統(tǒng)包括：建立模塊，被配置為建立干擾消除模型；訓(xùn)練模塊，被配置為：采用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練干擾消除模型；訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括訓(xùn)練混合氣體的二次諧波信號以及與訓(xùn)練混合氣體的二次諧波信號對應(yīng)的第一氣體的二次諧波信號和第二氣體的二次諧波信號；訓(xùn)練混合氣體包括第一氣體和第二氣體，第二氣體為第一氣體的干擾氣體；分離模塊，被配置為：將采集混合氣體的實(shí)時二次諧波信號輸入至訓(xùn)練后的干擾消除模型，得到第一氣體的實(shí)時二次諧波信號；反演模塊，被配置為：基于第一氣體的實(shí)時二次諧波信號反演第一氣體的溫度。

17、在一些可行的實(shí)現(xiàn)方式中，干擾消除模型包括依次連接的卷積組合層、池化層和全連接層，卷積組合層的數(shù)量為多個，卷積組合層包括相連接的卷積層和激活層。

18、本技術(shù)第二方面提供的基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測系統(tǒng)，采用第一方面提供的基于二次諧波的干擾消除及溫度檢測方法，其有益技術(shù)效果可參見第一方面，此處不贅述。