一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法，首先采用LIBS系統(tǒng)對(duì)煤質(zhì)特性已知的煤炭定標(biāo)樣品進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)檢測(cè)得到的LIBS光譜進(jìn)行小波去噪處理并得到處理后的小波系數(shù)，利用處理后的小波系數(shù)作為自變量、以定標(biāo)樣品的煤質(zhì)特性數(shù)值作為因變量建立偏最小二乘定標(biāo)模型；將待測(cè)樣品的LIBS光譜同樣進(jìn)行小波去噪并將小波系數(shù)代入偏最小二乘定標(biāo)模型中即可計(jì)算待測(cè)樣品中煤質(zhì)特性結(jié)果。該方法利用小波工具將環(huán)境噪聲和背景噪聲從原始信號(hào)中分離出來(lái)，減少了噪聲對(duì)LIBS分析的干擾，增加了特征譜線的信噪比并且提高了定標(biāo)模型的測(cè)量精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤質(zhì)特性測(cè)量方法，屬于原子發(fā)射光譜測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。具體來(lái)說(shuō)，該方法的基本原理是基于激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)LIBS)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤質(zhì)在線檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦、煤廠和電廠等用煤?jiǎn)挝唬鶕?jù)不同的煤質(zhì)成分，實(shí)時(shí)調(diào)整工況參數(shù)，有利于提高燃燒效率，節(jié)約能源，減少污染物排放。但傳統(tǒng)的煤質(zhì)分析方法多采用離線分析，具有采樣和制樣代表性差、分析速度慢、工序繁瑣等缺點(diǎn)。因此各用煤?jiǎn)挝患毙枰环N精度較高，并能實(shí)現(xiàn)全元素分析的煤質(zhì)在線快速檢測(cè)方法。
[0003]目前煤質(zhì)在線檢測(cè)中常用的技術(shù)為X射線熒光技術(shù)，中子感生瞬發(fā)Y射線分析技術(shù)和雙能Y射線透射技術(shù)。但X射線熒光技術(shù)只適合于測(cè)量原子序數(shù)大于11的元素，測(cè)量精度和靈敏度不高。中子感生瞬發(fā)Y射線分析技術(shù)存在投資大、輻射危害和放射源半衰期短的缺點(diǎn)。而雙能Y射線投射技術(shù)最大的缺點(diǎn)是無(wú)法全元素分析、成本較高和有安全隱患。由于這些技術(shù)本身的缺點(diǎn)，所以并沒(méi)有得到更廣泛的應(yīng)用。各用煤?jiǎn)挝患毙枰环N精度較高，并能實(shí)現(xiàn)全元素分析的煤質(zhì)在線快速檢測(cè)方法。
[0004]近年來(lái),LIBS技術(shù)由于具有高靈敏度、無(wú)需樣品預(yù)處理和實(shí)現(xiàn)多元素測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，成為一種新的激光分析技術(shù)，在煤質(zhì)在線檢測(cè)上有很大的應(yīng)用潛力?？墒怯捎谠摷夹g(shù)基體效應(yīng)比較明顯，直接測(cè)量物質(zhì)成分時(shí)精度不高，同時(shí)在測(cè)量光譜中存在大量的噪聲干擾測(cè)量的準(zhǔn)確性，限制了該技術(shù)在煤質(zhì)在線檢測(cè)中的應(yīng)用。準(zhǔn)確的定量化測(cè)量是LIBS系統(tǒng)在煤質(zhì)在線檢測(cè)中發(fā)揮作用的前提和基礎(chǔ)。
[0005]目前用于煤質(zhì)分析的LIBS技術(shù)多采用單變量的分析方法或者回歸分析方法，雖然可以通過(guò)內(nèi)定標(biāo)等手段來(lái)提高精度，但效果仍不能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。這是因?yàn)槊嘿|(zhì)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(qiáng)度存在互干擾現(xiàn)象，即變量存在多重相關(guān)性，故采用傳統(tǒng)的單變量回歸方法擬合精度差，預(yù)測(cè)效果不能令人滿意。只有能夠處理自變量嚴(yán)重多重相關(guān)性的主成分分析法(PCA)和偏最小二乘法(PLS)方法才能適用于LIBS光譜。PCA方法可以從自變量中提取互不相關(guān)的主成分，這樣雖然能概括自變量系統(tǒng)中的大部分信息，但是它往往缺乏對(duì)因變量的解釋能力。而PLS方法在提取主成分的過(guò)程考慮了自變量和因變量的聯(lián)系，因此PLS方法所提取的成分能在很好地概括自變量系統(tǒng)的同時(shí)，最好地解釋因變量，并排除系統(tǒng)中的噪聲干擾。因此，PLS方法在煤的LIBS光譜分析中具有更大的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出了一種基于小波變換的煤質(zhì)特性在線測(cè)量方法，針對(duì)在偏最小二乘法建模過(guò)程中受到LIBS光譜中噪聲干擾的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)小波變換的方法對(duì)LIBS信號(hào)進(jìn)行去噪處理，以提高煤質(zhì)特性偏最小二乘模型的測(cè)量精度。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:[0008]一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法包括了如下步驟:
[0009]I)以煤質(zhì)特性參數(shù)值已知的一組煤炭樣品作為定標(biāo)樣品，各定標(biāo)樣品的煤質(zhì)特性參數(shù)值記為C1、C2、C3……；
[0010]2)從步驟I)中一組定標(biāo)樣品中任選一種，利用激光誘導(dǎo)等離子光譜系統(tǒng)對(duì)定標(biāo)樣品進(jìn)行檢測(cè)，得到該定標(biāo)樣品的特征光譜圖，特征光譜圖中包括該定標(biāo)樣品中各元素的特征譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及由環(huán)境噪聲和連續(xù)的背景噪聲組成的譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
[0011]3)對(duì)特征光譜圖中的譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行第一次小波變換，得到小波系數(shù)如下式所示，
【權(quán)利要求】
1.一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法，其特征是該方法包括了如下步驟: 1)以煤質(zhì)特性參數(shù)值已知的一組煤炭樣品作為定標(biāo)樣品，各定標(biāo)樣品的煤質(zhì)特性參數(shù)值記為CpC^C3……； 2)從步驟I)中一組定標(biāo)樣品中任選一種，利用激光誘導(dǎo)等離子光譜系統(tǒng)對(duì)定標(biāo)樣品進(jìn)行檢測(cè)，得到該定標(biāo)樣品的特征光譜圖，特征光譜圖中包括該定標(biāo)樣品中各元素的特征譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及由環(huán)境噪聲和連續(xù)的背景噪聲組成的譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)； 3)對(duì)特征光譜圖中的譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行第一次小波變換，得到小波系數(shù)如下式所示，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法，其特征在于:步驟I)中煤質(zhì)特性參數(shù)為元素濃度、灰分、揮發(fā)分和發(fā)熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于小波變換的煤質(zhì)特性測(cè)量方法，其特征在于:步驟3)中第一次小波變換的小波函數(shù)選擇Daubechies系列或者Symmlet系列，分解層數(shù)取3~4層；步驟4)中第二次小波變換的小波函數(shù)選擇Daubechies系列或者Symmlet系列,分解層數(shù)取I~6層。
【文檔編號(hào)】G01N21/63GK103543132SQ201310487743
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】王哲, 袁廷璧, 李政 申請(qǐng)人:清華大學(xué)