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LKF0402

tdlas-mcp

by LKF0402

📖 概述

基于 MCP(Model Context Protocol)的多技术光谱传感仿真,已实现 TDLAS-DA / TDLAS-WMS / LITES / NDIR / CRDS / FTIR / DOAS 七个技术 server(每技术独立 MCP 服务器、独立加载控制上下文)。以 TDLAS 为例,对实验全链路做仪器级建模(而非只算一条理论 2f 曲线):

DAQ 三角波+正弦调制 → 激光调谐(含二次非线性) → HITRAN 气体吸收 → 光电探测 → ADC 量化 → 数字锁相 → 1f / 2f / 2f·1f⁻¹

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🏗️ 架构(monorepo)

模块

作用

spectrolink_core

共用物理内核:HITRAN 线表/缓存/指纹、Voigt、线强外推、同位素叠加、Allan/LOD 基座、器件库 schema(独立依赖包,pip install -e ./spectrolink_core)

server-tdlas

TDLAS-DA / TDLAS-WMS 独立 MCP 服务器(工具 t_*)

server-lites

LITES 独立 MCP 服务器(工具 l_*)

server-ndir

NDIR(非分散红外)独立 MCP 服务器(工具 t_ndir_*)

server-crds

CRDS(腔衰荡)独立 MCP 服务器(工具 t_crds_*)

server-ftir

FTIR(傅里叶变换红外)独立 MCP 服务器(工具 t_ftir_*)

server-doas

DOAS(差分吸收光谱)独立 MCP 服务器(工具 t_doas_*)

  • 共用 = 独立依赖包,不是代码拷贝;core 只放物理量级、不放技术特有假设(锁相、QTF 谐振等留在各 server),一处 bug 只修一处。

  • 按需启用:每个技术是独立服务器,配置里启哪个加载哪个,控制上下文占用。

  • 不内置仪器:默认参数仅作演示占位;真实器件参数(datasheet / 实测 / 标定)通过 t_device / l_device 用户交互获取。

  • 技术适配矩阵见 docs/ADAPTATION_MATRIX.md。

内置 HITRAN 取数与吸收谱计算(HAPI 1.x,不需要 API key),由 AI 助手以自然语言驱动仿真。用途:系统选型、方法验证、排除错误设计——不替代实测。

✨ 核心特性

  • 全链路建模:DAQ 调制 → 激光调谐 → HITRAN 吸收 → PD → ADC → 数字锁相;可选 etalon 条纹、RIN、1/f 漂移、RAM/AM

  • 七技术一体:TDLAS-DA/WMS · LITES · NDIR · CRDS · FTIR · DOAS,独立 server 按需加载、共用 spectrolink_core 物理内核

  • 混合气多组分:mixture 严格按 α = Σ xᵢ·α_pureᵢ(T,P) 逐点相加(不用 x·P 当分压),并返回各组分归因

  • AI 交互契约:返回值携带 interaction 与机器可读的 next_required_actions——"必须澄清 / 必须披露"由返回值承载

  • 保真度台账:默认生效 11 项 / 需显式开启 6 项 / 未建模 7 项,未建模项随结果披露

  • 可信度分层:10 项物理校验与交互合规分别计分

  • 可复现 + 离线门禁:seed=0 逐位可复现;契约自检 147 项与保真度审计均为 CI 硬门禁(不依赖网络)

其他:return_xy 透出锁相 X/Y 用于 RAM/AM 诊断;tdlas_invert(n_repeats>0) 给测量不确定度(仅统计分量);x_list 多浓度同图。细节见 TECHNICAL.md 与 docs/VALIDATION.md。

📊 效果展示

WMS demo

CH₄ @ 2968.5 cm⁻¹ 的 3×2 输出:驱动电压 → DAS 吸收 → 1f → 2f → 2f/1f(红色为电压折返剔除区)

交互工作流

四泳道流程:启动协议 → 参数与澄清(四级优先级 + 设备库 + 结构化追问)→ 仿真执行 → 校验与交付(10 项校验、α/条纹语境播报、未建模效应披露)

17 种光谱技术在本项目四层架构(取数 / 器件 / 信号 / 反演)上的适配判定:🟩 复用 · 🟧 改造 · 🟥 新增

技术适配矩阵

🚀 快速上手

pip install -r requirements.txt
pip install -e ./spectrolink_core          # 共用内核

python server-tdlas/tools/tdlas_mcp.py --selftest   # TDLAS 服务器自检(需访问 hitran.org)
python server-tdlas/tools/contract_check.py         # 离线契约自检(CI 硬门禁)
python server-tdlas/tools/tdlas_fidelity.py         # 离线保真度审计(CI 硬门禁)
python server-tdlas/tools/alpha_crossval.py         # α(ν) 独立交叉校验(与 HAPI 互校)
python server-lites/tools/lites_mcp.py --selftest   # LITES 服务器自检
python server-ndir/tools/ndir_mcp.py --selftest     # NDIR 服务器自检(离线)
python server-crds/tools/crds_mcp.py --selftest     # CRDS 服务器自检(HITRAN 失败自动降级)
python server-ftir/tools/ftir_mcp.py --selftest     # FTIR 服务器自检(离线)
python server-doas/tools/doas_mcp.py --selftest     # DOAS 服务器自检(离线)

接入 MCP 客户端:把 mcp.config.example.json 里的路径改为本机路径即可。

💡 一键配置:复制下面这段话给你的 AI 助手 —— "请帮我配置 SpectroLink 的 TDLAS MCP 服务器,本地路径 <安装路径>,Python 解释器 <python.exe 路径>,入口文件 server-tdlas/tools/tdlas_mcp.py;并把本项目 SKILL.md 安装为 Skill。"

⚠️ Skill 不是可选项

SKILL.md 不是文档,而是 AI 的行为规范(唯一安装入口):服务器只能保证 AI「看到」next_required_actions,Skill 才规定 AI「照做」——保留默认值必须显式标注、器件参数来源(source)必须如实填写、设备命名须含型号/波长。

渐进式披露架构:根 SKILL.md 只含技术选择矩阵与自动调度协议(L1);各技术细节(路由表、默认披露、专属坑点)在 server-<技术>/SKILL.md(L2),由 AI 按任务自动读取——用户只需安装根 SKILL 一个技能,无需按技术分别安装。

安装(任选其一):放进客户端的 Skill 目录;或让 AI 直接读取该文件作为行为规范。

🔧 工具列表

工具

功能

⭐ tdlas_wms_instrument

WMS 仪器级仿真首选:全链路建模,输出标准 3×2 六子图

tdlas_das_instrument

仪器级 DAS 仿真(DAQ→激光→光路→PD→ADC)

tdlas_simulate

解析模型正向计算:DAS 透过率、1f、2f 峰高

tdlas_das_chain

三角波 DAS 链路:PD 原始信号 → 基线拟合 → 吸光度

tdlas_review

结果自动校验(10 项,不绘图)+ 交互契约与保真度声明

tdlas_invert

免标定浓度反演(2f/1f → 摩尔分数);n_repeats>0 给出不确定度

tdlas_detection_limit

噪声等效浓度(NEC)与检测限(LOD)

tdlas_detection_limit_scan

LOD 随光程 / 参考浓度的二维扫描(选型)

tdlas_session

跨会话工况参数持久化

tdlas_device

硬件参数库(激光器 / 探测器 / DAQ / 光学)

tdlas_guide

AI 交互协议、术语表与保真度台账

tdlas_selftest

全链路自检

四个仿真工具(及透传的 tdlas_review)共用一对可选项:mixture(混合气)与 x_list(单物种多浓度扫描)。两者互斥,且与单 x 二选一。

x_list 时标准 6 子图本身就按浓度叠加:②~⑤ 面板(PD / αL / 1f / 2f / 归一化 2f)以 viridis 配色叠放各浓度并标 ppm,纵轴按全部浓度统一(低浓度不会被压平);另有单用途的 png_overlay 对照图。

四个仿真工具另有 iso(同位素)开关:不传=主同位素(历史口径,与旧版本结果逐位一致);iso="all"=该分子全部 HITRAN 同位素按丰度叠加——CH4 2968 cm⁻¹ 等密集谱区邻近同位素线(如 ¹³CH₄,ν₃ 位移 ±1-2 cm⁻¹)贡献不可忽略,all 的峰形/峰位更贴近实测;iso=<整数>=指定同位素编号(HAPI 口径,CH4: 1=¹²CH₄、2=¹³CH₄、3=¹²CH₃D、4=¹³CH₃D)。窗口内 0 条线的稀有同位素自动跳过并披露 iso_skipped。

LITES 工具(server-lites)

工具

功能

lites_forward

光热正向模型:QTF 谐振 + 热弹机理 → 2f 电压

lites_mdl

最小可探测浓度(MDL)与噪声预算

lites_device

器件库(仅内置默认演示器件,真实音叉交互获取)

lites_resonance / lites_sweep

共振跟踪 / 参数扫描

lites_selftest

物理内核自检(标定自洽 / 标度律 / 饱和 / 失谐)

新技术工具(server-ndir / server-crds / server-ftir / server-doas)

技术

工具

功能

NDIR

t_ndir_forward

双通道 Beer-Lambert 正演(lnR → 解析反演 + 3σ 披露)

t_ndir_calibrate / t_ndir_invert

浓度标定曲线 / 比值反演

CRDS

t_crds_simulate

腔衰荡仿真(τ₀、ring-down 波形、有效光程;HITRAN 离线降级)

t_crds_ringdown / t_crds_invert

ring-down 拟合 / 浓度反演

FTIR

t_ftir_simulate

干涉图正演(保护带 + 翼区归一 + 切趾 boxcar/hamming/BH + 反演披露)

t_ftir_invert

恢复谱数组 → 浓度反演

DOAS

t_doas_forward

UV-Vis 截面正演(慢变背景多项式分离 + 联合最小二乘)

t_doas_calibrate / t_doas_invert

标定曲线 / 实测谱反演

🌐 远程部署

python server-tdlas/tools/tdlas_mcp.py --http --host 0.0.0.0 --port 8000 --token <鉴权密钥>
python server-tdlas/tools/remote_link.py   # 公网隧道(cloudflared)
# 其余技术:ndir=8005 / crds=8002 / ftir=8003 / doas=8004(各 tools/<tech>_mcp.py --http 同参)

📚 文档

文档

内容

TECHNICAL.md

物理原理、算法实现、参数表、已知近似(含 §8 多技术 server 章节)

docs/VALIDATION.md

可信度分层、校验判据口径、已知局限

docs/ADAPTATION_MATRIX.md

多技术适配矩阵与接入流程

SKILL.md

AI 交互规范与工具使用协议

spectrolink_core/README.md

共用物理内核说明

server-tdlas/tools/tdlas_fidelity.py

保真度登记表:单一真源 + 离线审计

CHANGELOG.md

版本更新记录

📝 引用

The instrument-level spectral simulations were performed using SpectroLink
(formerly tdlas-mcp, https://github.com/LKF0402/tdlas-mcp, GPLv3).

底层数据:HAPI (Kochanov et al., JQSRT 2016, 10.1016/j.jqsrt.2016.03.005) · HITRAN2024 (Gordon et al., JQSRT 2026, 10.1016/j.jqsrt.2026.109807)

⚠️ 声明

学术诚信:输出为理论仿真,仅用于研究参考、方法验证与系统选型。严禁将仿真结果冒充实验测量写入论文或用于产品认证;论文中使用须标注"理论仿真"并按上节致谢。

版权:个人独立原创,GPLv3 开源。✅ 个人/学术/教学/二次开发、商业内部研究评估;❌ 闭源出售、去除版权声明后换壳抄袭、把仿真结果当实验数据宣传。衍生作品须同样开源并保留原始版权声明。

支持作者:Star、转发或引用,是对个人开发者最直接的支持。

📄 许可证

GPLv3 — 详见 LICENSE

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