一種利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和牌號方法
2023-11-12 03:25:32
專利名稱：一種利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和牌號方法
技術領域：
本發明涉及利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和牌號方法，具體地說，涉及一種採用中紅外光譜技術，結合化學計量學方法快速將未知發動機燃料識別為柴油、汽油和噴氣燃料，並確定其牌號的方法。
背景技術：
發動機用途不同，導致其發動機燃料種類繁多。例如，柴油發動機使用柴油動力燃料、汽油發動機使用汽油動力燃料，飛機發動機使用噴氣燃料。各類發動機燃料根據使用條件區分為不同牌號。例如，根據使用溫度不同，柴油分為10號、0號、-10號和-35號等牌號。 根據抗爆性能，汽油分為90號、93號和97號等牌號。各種類和各種牌號燃料不能混用，否則發動機不能正常運行，導致故障發生。例如，在低溫條件下使用高牌號柴油，柴油低溫流動性差，導致發動機無法正常啟動；低牌號汽油用作高牌號汽油時，發動機會發生爆震，甚至損壞發動機。在實際使用過程中，存在發動機燃料種類和牌號混用以及質量摻假現象，例如在低廉低標號汽油中摻對有害物質冒充高標號汽油。現有的質量檢測手段無法滿足快速識別需求，因此，迫切需要發動機燃料種類和牌號快速識別技術，正確指導用油，提高打假能力，避免誤用油料帶來的損失。由於近紅外光譜技術具有快速、多性質分析以及適合在線無損分析特點，目前已越來越多的應用於石化行業，在燃料質量檢測和打假方面具有不可替代的作用。由於近紅外光譜屬於分子振動光譜，波長範圍為700-2500nm，為分子倍頻和組合頻吸收，峰形為寬峰；特徵性弱，只對X-H基團(X為C、0等)有吸收；信號弱，抗幹擾能力強。正是由於近紅外光譜具有上述特點，所以必須藉助現代的化學計量學和計算機技術，近紅外光譜技術才能很好的應用。隨著化學計量學和計算機的迅猛發展以及近紅外光譜儀器環境適應能力強，價格便宜，推動了近紅外光譜技術迅猛發展，現已成為烴類(C-H)燃料質量快速檢測和在線過程監控技術。中紅外光譜也屬於屬於分子振動光譜，為分子振動的基頻吸收，波數範圍為 400-4000^1 (波長為2. 5微米 25微米)。從其定義來看，中紅外光譜與近紅外光譜只是波長範圍。從其產生的本質來看，可以很好的發現二者光譜形貌特徵有明顯區別，從而導致最終所採用的技術和應用領域有很大的區別。與近紅外光譜相比，中紅外光譜峰形為尖峰，特徵性強，各類官能團(包括X-H和其它非X-H官能團)均有明顯的吸收；信號強，微量組分或添加劑均有吸收，所以中紅外光譜技術主要用於分析化學領域的未知物質官能團鑑定，屬於「四大譜」之一，用於未知物質化學結構鑑定。由於中紅外光譜儀器的環境適應能力弱，儀器昂貴，所以該技術目前還很難用於石化行業的質量檢測和種類識別。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和牌號方法，該方法採用中紅外光譜技術，結合化學計量學方法快速將未知發動機 燃料識別為柴油、汽油和噴氣燃料，並確定其牌號，指導發動機燃料的正確使用和提高燃料 打假能力。本發明提供的技術方案是一種利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和 牌號方法，包括如下步驟第一步每類燃料收集一定數量的樣品作為訓練集；第二步測定訓練集每個樣品中紅外吸收光譜；第三步對紅外光譜依次經過預處理、主成分分析後，選用主成分得分作為識別變 量，結合馬氏距離法建立燃料識別模型；第四步對於待測發動機燃料樣品的識別，首先測定其紅外吸收光譜，然後由計算 機結合光譜和所建立的模型，自動快速識別燃料種類和牌號。在上述第二步中預處理為標準化處理，公式為
權利要求
1.一種利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和牌號方法，包括如下步驟 第一步每類燃料收集一定數量的樣品作為訓練集；第二步測定訓練集每個樣品中紅外吸收光譜；第三步對紅外光譜依次經過預處理、主成分分析後，選用主成分得分作為識別變量， 結合馬氏距離法建立燃料識別模型；第四步對於待測發動機燃料樣品，首先測定其紅外吸收光譜，然後由計算機結合光譜和所建立的模型，自動快速識別燃料種類和牌號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述發動機燃料包括汽油、柴油和噴氣燃料；其中，汽油包括90號、93號和97號不同牌號的車用汽油和乙醇汽油；柴油包括0號、-10 號和-35號不同牌號的輕柴油和軍用柴油；噴氣燃料為3號噴氣燃料。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述第三步預處理為標準化處理，公式為
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述第三步主成分分析步驟為將各類的 Α—分解為得分矩陣T和載荷矩陣L的乘積=Astantod = TL』，其中，L』為L的轉置矩陣， 得分向量和載荷向量均為正交向量，即
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述第三步馬氏距離法建模步驟如下(1)給定j類樣品，利用主成分得分T，計算該類樣品的平均得分〒，作為該類參考值；(2)計算該類樣品中各樣品與該參考值馬氏距離；
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述待測發動機燃料樣品識別步驟如下(1)測定其中紅外吸收光譜；(2)由計算機依次進行光譜預處理和主成分分析；(3)計算機利用主成分得分計算與各類參考值的馬氏距離Dun，並與各類閾值Dthread進行比較，確定類別，如果Dun小於i類的Dthread，則該樣品屬於i類。
全文摘要
本發明公開了一種利用中紅外光譜技術快速識別發動機燃料種類和牌號方法，該方法包括每類燃料收集一定數量的樣品作為訓練集，測定每個樣品的中紅外吸收光譜，依次對光譜進行預處理和主成分分析，利用主成分得分結合馬氏距離法建立每類燃料識別模型。用戶在識別未知發動機燃料樣品時，只需簡單測定其紅外吸收光譜，然後由計算機自動利用該光譜和所建立的模型，快速準確的識別燃料種類和牌號。本發明方法可在數分鐘內快速判斷發動機種類，確定其牌號，提高燃料打假能力，避免用戶誤用燃料或者使用摻假燃料帶來的損失。
文檔編號G01N21/35GK102288573SQ201110139720
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者任連嶺, 周友傑, 安高軍, 熊春華, 田高友, 魯長波 申請人:中國人民解放軍總後勤部油料研究所