一種基於小波變換的煤質特性測量方法
2023-05-07 17:11:31
一種基於小波變換的煤質特性測量方法
【專利摘要】一種基於小波變換的煤質特性測量方法，首先採用LIBS系統對煤質特性已知的煤炭定標樣品進行檢測，然後對檢測得到的LIBS光譜進行小波去噪處理並得到處理後的小波係數，利用處理後的小波係數作為自變量、以定標樣品的煤質特性數值作為因變量建立偏最小二乘定標模型；將待測樣品的LIBS光譜同樣進行小波去噪並將小波係數代入偏最小二乘定標模型中即可計算待測樣品中煤質特性結果。該方法利用小波工具將環境噪聲和背景噪聲從原始信號中分離出來，減少了噪聲對LIBS分析的幹擾，增加了特徵譜線的信噪比並且提高了定標模型的測量精度。
【專利說明】一種基於小波變換的煤質特性測量方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤質特性測量方法，屬於原子發射光譜測量【技術領域】。具體來說，該方法的基本原理是基於雷射誘導等離子光譜技術(簡稱LIBS)實現對煤質在線檢測方法。
【背景技術】
[0002]在煤礦、煤廠和電廠等用煤單位，根據不同的煤質成分，實時調整工況參數，有利於提高燃燒效率，節約能源，減少汙染物排放。但傳統的煤質分析方法多採用離線分析，具有採樣和制樣代表性差、分析速度慢、工序繁瑣等缺點。因此各用煤單位急需一種精度較高，並能實現全元素分析的煤質在線快速檢測方法。
[0003]目前煤質在線檢測中常用的技術為X射線螢光技術，中子感生瞬發Y射線分析技術和雙能Y射線透射技術。但X射線螢光技術只適合於測量原子序數大於11的元素，測量精度和靈敏度不高。中子感生瞬發Y射線分析技術存在投資大、輻射危害和放射源半衰期短的缺點。而雙能Y射線投射技術最大的缺點是無法全元素分析、成本較高和有安全隱患。由於這些技術本身的缺點，所以並沒有得到更廣泛的應用。各用煤單位急需一種精度較高，並能實現全元素分析的煤質在線快速檢測方法。
[0004]近年來,LIBS技術由於具有高靈敏度、無需樣品預處理和實現多元素測量等優點，成為一種新的雷射分析技術，在煤質在線檢測上有很大的應用潛力。可是由於該技術基體效應比較明顯，直接測量物質成分時精度不高，同時在測量光譜中存在大量的噪聲幹擾測量的準確性，限制了該技術在煤質在線檢測中的應用。準確的定量化測量是LIBS系統在煤質在線檢測中發揮作用的前提和基礎。
[0005]目前用於煤質分析的LIBS技術多採用單變量的分析方法或者回歸分析方法，雖然可以通過內定標等手段來提高精度，但效果仍不能達到工業應用的要求。這是因為煤質分析的LIBS光譜中，包含了元素周期表的絕大部分元素，各元素的譜線強度存在互幹擾現象，即變量存在多重相關性，故採用傳統的單變量回歸方法擬合精度差，預測效果不能令人滿意。只有能夠處理自變量嚴重多重相關性的主成分分析法(PCA)和偏最小二乘法(PLS)方法才能適用於LIBS光譜。PCA方法可以從自變量中提取互不相關的主成分，這樣雖然能概括自變量系統中的大部分信息，但是它往往缺乏對因變量的解釋能力。而PLS方法在提取主成分的過程考慮了自變量和因變量的聯繫，因此PLS方法所提取的成分能在很好地概括自變量系統的同時，最好地解釋因變量，並排除系統中的噪聲幹擾。因此，PLS方法在煤的LIBS光譜分析中具有更大的優勢。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提出了一種基於小波變換的煤質特性在線測量方法，針對在偏最小二乘法建模過程中受到LIBS光譜中噪聲幹擾的問題，本發明通過小波變換的方法對LIBS信號進行去噪處理，以提高煤質特性偏最小二乘模型的測量精度。
[0007]本發明的技術方案是:[0008]一種基於小波變換的煤質特性測量方法包括了如下步驟:
[0009]I)以煤質特性參數值已知的一組煤炭樣品作為定標樣品，各定標樣品的煤質特性參數值記為C1、C2、C3……；
[0010]2)從步驟I)中一組定標樣品中任選一種，利用雷射誘導等離子光譜系統對定標樣品進行檢測，得到該定標樣品的特徵光譜圖，特徵光譜圖中包括該定標樣品中各元素的特徵譜線強度數據以及由環境噪聲和連續的背景噪聲組成的譜線強度數據；
[0011]3)對特徵光譜圖中的譜線強度數據進行第一次小波變換，得到小波係數如下式所示，
【權利要求】
1.一種基於小波變換的煤質特性測量方法，其特徵是該方法包括了如下步驟: 1)以煤質特性參數值已知的一組煤炭樣品作為定標樣品，各定標樣品的煤質特性參數值記為CpC^C3……； 2)從步驟I)中一組定標樣品中任選一種，利用雷射誘導等離子光譜系統對定標樣品進行檢測，得到該定標樣品的特徵光譜圖，特徵光譜圖中包括該定標樣品中各元素的特徵譜線強度數據以及由環境噪聲和連續的背景噪聲組成的譜線強度數據； 3)對特徵光譜圖中的譜線強度數據進行第一次小波變換，得到小波係數如下式所示，
2.根據權利要求1所述的一種基於小波變換的煤質特性測量方法，其特徵在於:步驟I)中煤質特性參數為元素濃度、灰分、揮發分和發熱量。
3.根據權利要求1所述的一種基於小波變換的煤質特性測量方法，其特徵在於:步驟3)中第一次小波變換的小波函數選擇Daubechies系列或者Symmlet系列，分解層數取3~4層；步驟4)中第二次小波變換的小波函數選擇Daubechies系列或者Symmlet系列,分解層數取I~6層。
【文檔編號】G01N21/63GK103543132SQ201310487743
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】王哲, 袁廷璧, 李政 申請人:清華大學