快与稳的悖论

现在，我们要解决两个更让现场工程师抓狂的问题：

这里涉及到两个非常经典的信号处理策略：自适应数字滤波和自动调零。

常规解法（滑动平均 Moving Average）：CPU 像一个收银员，手里拿着一个计算器：“我不看现在的瞬时值，我看过去 10 秒的平均值。”$$\text{显示值} = \frac{V_1 + V_2 + … + V_{10}}{10}$$

问题来了：
- 如果你平均 100 个数据（重滤波）：读数稳如老狗，但是反应迟钝。烟气都超标一分钟了，你还在慢慢爬坡。
- 如果你只平均 5 个数据（轻滤波）：反应极快，但读数像心电图一样乱跳。

聪明的算法不会死板地用固定的平均时间，它会“看人下菜碟”。它会实时计算“当前的变化率” (Delta)。

场景 A：平稳工况
- 监测：现在的测量值 $V_{now}$ 和上一秒的值 $V_{last}$ 差值很小（比如变化 < 1%）。
- 判断： “现在锅炉运行很稳，这点波动肯定是噪声。”
- 动作： 加大滤波力度！ 把过去 60 秒的数据拿来平均。
- 效果：屏幕上的线条平滑得像直线。
场景 B：突发工况（如喷氨、起炉）
- 监测：突然， $V_{now}$ 比 $V_{last}$ 激增了 20%！
- 判断： “这不是噪声！这是真的浓度突变！出大事了！”
- 动作： 瞬间扔掉滤波器！ 甚至直接显示瞬时值，或者把平均时间缩短到 1 秒。
- 效果：读数直线飙升，瞬间跟上工况变化。

这就是为什么你在看仪表时，平时它很稳，但一旦给标气，它“噌”地一下就上去了。不是它反应本来就那么快，是算法帮你“换挡”了。

你可能会问：“我们不是用了切光轮/脉冲灯了吗？不是已经把温漂减掉了吗？”很遗憾，减得不彻底。切光轮只能扣除探测器和电路的漂移。但它扣除不了光路本身的物理变化。

这种几小时甚至几天的极慢速漂移，切光轮（几十 Hz）是无能为力的。

在痕量分析仪（特别是测 CO 或 UVF SO2）里，你会听到每隔几小时，机柜里就“咔哒”一声响。这是 Auto-Zero Solenoid Valve (自动调零电磁阀) 在动作。

算法逻辑：

测量模式：
- 阀门让样气进入气室。
- 读数 = 样气信号 + 脏背景。
调零模式（比如每 4 小时一次）：
- CPU 启动电磁阀，切断样气。
- 让样气通过一个内部的 Scrubber (吸附剂/洗涤器)，把 $\text{SO}_2$ 或是 CO 过滤干净，变成零气。
- 此时气室里只有“脏背景”。
- CPU 记录： “哦，原来现在就算没有气，也有 0.5V 的电压啊。记下来，这是新的零点偏置 (Zero Offset)。”
恢复测量：
- 切回样气。
- $$\text{最终读数} = \text{当前测量值} - \text{刚才记下的 0.5V}$$ 这就是为什么高端仪表可以无人值守运行好几个月，零点依然不飘。因为它自己会“每天洗几次澡”。

这是硬件电路设计中最隐蔽的“精度杀手”。

还记得我们用来做 I/V 转换的那个 1G$\Omega$ (10 亿欧姆) 反馈电阻吗？$$V = I \times R$$

理想情况：电阻永远是 1,000,000,000 $\Omega$。
现实情况：所有电阻都有温度系数 (TCR, Temperature Coefficient of Resistance)。
- 普通电阻的 TCR 可能是 100 ppm/°C。
- 这意味着：温度每变 1°C，电阻值就变万分之一。

这也是为什么 CEMS 分析仪的核心光具座通常都要包裹厚厚的保温棉，并且要加热到 45°C 或 50°C。

信号处理不仅仅是公式，它是对物理世界缺陷的补救

现在的分析仪，其实就是 20% 的物理/化学原理 + 80% 的信号处理“补丁”。你看懂了这些补丁，你就看懂了这台仪器的灵魂。