考虑三个维度：系统稳定性、测量纯度、架构设计

第一维度：关于“稳” —— 系统的生存能力

这一层的概念和“鲁棒性”最接近，关注系统在极端或故障条件下的表现。

冗余 (Redundancy)

• 含义： 为了提高可靠性，故意多配置一套组件。
• CEMS 应用：
  • 热备（Hot Standby）： 比如工控机双硬盘备份，或者采样泵“一用一备”。一旦主泵坏了，备用泵 0 秒自动切入，数据不中断。
  • 架构思考： 用空间（多余的硬件）换时间（无故障运行时间）。

容错 (Fault Tolerance)

• 含义： 当系统出现部分故障时，仍能继续运行（哪怕性能降级），而不会直接死机或崩溃。
• CEMS 应用：
  • 伴热管线某一段温度传感器坏了，系统不应该直接停机，而是应该报警并根据历史电流估算温度，维持基本的防冷凝功能，直到维修人员到达。
  • 架构思考： 承认故障是不可避免的，重点在于故障隔离和降级运行。

失效安全 (Failsafe)

• 含义： 如果系统彻底坏了，它必须处于一个“安全”的状态，不能造成更大的破坏。
• CEMS 应用：
  • 如果探头反吹电磁阀突然断电（失效），阀门必须设计成自动关闭（常闭型），防止压缩空气无限制吹入烟道，或者防止烟气倒灌进仪表柜。
  • 架构思考： 设计的底线思维，考虑“死法”是否安全。

第二维度：关于“准” —— 数据的纯净度

这一层的概念关注如何从干扰中提取真实信号，是对抗“影响量”的具体手段。

补偿 (Compensation)

• 含义： 既然无法消除干扰（温度、压力变化），那就通过算法把偏差“算回来”。这是对抗灵敏度的核心手段。
• CEMS 应用：
  • P/T 补偿： 测量气体浓度时，必须同时测温度 (T) 和压力 (P)，通过公式 $C_{std} = C_{meas} \times \frac{P}{P_0} \times \frac{T_0}{T}$ 把工况浓度折算成标况浓度。
  • 交叉干扰补偿： 比如测 CO 时，水蒸气 (H2O) 会有干扰。通过同时测 H2O 含量，在 CO 读数中减去水的贡献值。

迟滞 (Hysteresis)

• 含义： 输入量从小变大，和从大变小，经过同一个点时，读数不一样。也就是系统的“记忆效应”。
• CEMS 应用：
  • 吸附效应： 测 NH3（氨逃逸）或 HCl 时最明显。通气校准时读数上去很快，停止通气后读数下来很慢（管路吸附了气体）。如果迟滞太大，说明采样系统管壁材料选型错误（如没用特氟龙或不锈钢钝化）。
  • 架构思考： 系统对历史状态的依赖程度。

信噪比 (SNR - Signal-to-Noise Ratio)

• 含义： 有用的信号（S）与无用的背景噪声（N）的比值。
• CEMS 应用：
  • 在超低排放（如 SO2 < 35mg/m3）监测中，最大的敌人不是非线性，而是噪声。如果电压波动导致光源闪烁，就会产生噪声。
  • 架构思考： 提高精度的两条路：要么增强信号（更强的激光、更长的光程），要么压制噪声（滤波算法、硬件屏蔽）。

第三维度：关于“结构” —— 系统的组织方式

这一层的概念决定了仪器好不好用、好不好修。

模块化 (Modularity)

• 含义： 将系统拆分成独立的、功能单一的积木块，通过标准接口连接。
• CEMS 应用：
  • 好的 CEMS 分析仪，光源、气室、检测器、电路板都是独立的模块。
  • 优点： 现场维修不需要懂原理，坏哪块换哪块（FRU - Field Replaceable Unit）。
  • 架构思考： 高内聚，低耦合。让电压波动的影响只局限在电源模块，不要蔓延到信号处理模块。

溯源性 (Traceability)

• 含义： 你的测量结果，必须能通过一条不间断的链条，追溯到国家基准或国际基准。
• CEMS 应用：
  • 为什么要做标气校准？因为标气是标准物质（CRM）。
  • 链条： 现场仪器 -> 标气 -> 国家一级标准物质 -> 国际单位制 (SI)。
  • 架构思考： 数据的“血统证明”。没有溯源性的数据，在法律上是无效的。

可用性 (Availability / Data Capture Rate)

• 含义： 系统处于可工作状态的时间比例。
• CEMS 应用：
  • 环保法规要求 CEMS 的数据捕获率必须 $\ge 95%$。
  • 这意味着你每天 calibration（校准）、backflush（反吹）、maintenance（维护）的时间加起来不能超过 1.2 小时。
  • 架构思考： 设计不仅要考虑“准”，还要考虑“效率”。能不能一边测一边校准？反吹能不能更快？

小结

• 面对环境干扰（如电压、温度）： 我们追求 鲁棒性 (Robustness)。
• 面对内部误差（如漂移、干扰）： 我们利用 补偿 (Compensation) 和 校准 (Calibration)。
• 面对硬件故障（如泵坏、断电）： 我们依赖 冗余 (Redundancy) 和 失效安全 (Failsafe)。
• 面对系统维护（如维修、升级）： 我们强调 模块化 (Modularity)。
• 面对法律合规（如环保数据）： 我们保证 溯源性 (Traceability) 和 可用性 (Availability)