专利名称：一种基于偏最小二乘法的煤质特性在线测量方法
技术领域：
本发明涉及一种煤质特性测量方法。具体来说，方法的基本原理是激光诱导 等离子光谱技术(简称LIBS)，在使用主成分分析(PCA)或者偏最小二乘回归分析方法 (PLS-DA)对煤种进行分类的基础上，应用偏最小二乘法(PLQ对煤质成分进行定量分析。
背景技术：
在煤矿、煤厂和电厂等用煤单位，根据不同的煤质成分，实时调整工况参数，有利 于提高燃烧效率，节约能源，减少污染物排放。但传统的煤质分析方法多采用离线分析，具 有采样和制样代表性差、分析速度慢、工序繁琐等缺点。因此各用煤单位急需一种精度较 高，并能实现全元素分析的煤质在线快速检测方法。目前煤质在线检测中常用的技术为X射线荧光技术，中子感生瞬发Y射线分析技 术和双能Y射线透射技术。但X射线荧光技术只适合于测量原子序数大于11的元素，测 量精度和灵敏度不高。中子感生瞬发Y射线分析技术存在投资大、辐射危害和放射源半衰 期短的缺点。而双能Y射线投射技术最大的缺点是无法全元素分析、成本较高和有安全隐 患。由于这些技术本身的缺点，所以并没有得到更广泛的应用。各用煤单位急需一种精度 较高，并能实现全元素分析的煤质在线快速检测方法。近年来，LIBS技术由于具有高灵敏度、无需样品预处理和实现多元素测量等优点， 成为一种新的激光分析技术，在煤质在线检测上有很大的应用潜力。可是由于该技术基体 效应比较明显，直接测量物质成分时精度不高，也限制了该技术在煤质在线检测中的应用。 准确的定量化测量是LIBS系统在煤质在线检测中发挥作用的前提和基础。目前用于煤质分析的LIBS技术多采用单变量的分析方法或者回归分析方法，虽 然可以通过去噪、内定标等手段来提高精度，但效果仍不能达到工业应用的要求。这是因为 煤质分析的LIBS光谱中，包含了元素周期表的绝大部分元素，各元素的谱线强度存在互干 扰现象，即变量存在多重相关性，故采用传统的单变量回归方法拟合精度差，预测效果不能 令人满意。只有可以处理自变量严重多重相关性的主成分分析法(PCA)和偏最小二乘法 (PLS)方法才能适用于LIBS光谱。PCA方法可以从自变量中提取互不相关的主成分，这样 虽然能概括自变量系统中的大部分信息，但是它往往缺乏对因变量的解释能力。而PLS方 法在提取主成分的过程考虑了自变量和因变量的联系，因此PLS方法所提取的成分能在很 好地概括自变量系统的同时，最好地解释因变量，并排除系统中的噪声干扰。因此，PLS方 法在煤的LIBS光谱分析中具有更大的优势，但仍存在非线性拟合能力差、容错能力差、鲁 棒性不够强等缺点。
发明内容
本发明的目的是提出了一种基于偏最小二乘法的煤质特性在线测量方法，针对在 LIBS光谱中存在各种干扰现象如自吸收效应、元素互干扰以及环境噪音等，本发明通过运 用偏最小二乘判别分析方法进行煤种分类，并在此基础上对不同煤种建立PLS模型，既可以实现煤质的全元素分析，又可以提高测量精度。本发明的技术方案是一种基于偏最小二乘法的煤质特性在线测量方法，其特征是该方法包括了如下步 骤1)首先使用各元素质量浓度已知的一组煤炭样品作为定标样品，利用安装在输 煤皮带上方的激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该组定标样品的光谱谱 线，即得到了每种定标样品中各种元素的激光诱导等离子特征光谱谱线强度，形成谱线强 度矩阵&，矩阵的结构如下；
权利要求
1. 一种基于偏最小二乘法的煤质特性在线测量方法，其特征是该方法包括了如下步骤1)首先使用各元素质量浓度已知的一组煤炭样品作为定标样品，利用安装在输煤皮带 上方的激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该组定标样品的光谱谱线，即 得到了每种定标样品中各种元素的激光诱导等离子特征光谱谱线强度，形成谱线强度矩阵 Etl, 矩阵的结构如下；
2.根据权利要求1所述的一种基于偏最小二乘法的煤质特性在线测量方法，其特征在 于步骤1)中谱线强度矩阵，采用全谱强度矩阵或者C、H、0和N四种主量元素的特征谱 线强度矩阵。
全文摘要
一种基于偏最小二乘法的煤质特性在线测量方法，首先采用LIBS系统对已知成分的煤炭定标样品进行检测，根据得到的谱线强度矩阵利用PCA或PLS-DA方法对定标样品进行分类，对每一类定标样品，分别建立PLS回归方程；然后对待测样品进行在线检测并得到LIBS光谱，通过PCA或PLS-DA方法判断待测样品所属的类型，再将光谱的谱线强度矩阵代入到相应类型PLS回归方程中计算待测样品中各元素的质量浓度。该方法充分利用了LIBS光谱的有效信息，克服了元素互干扰造成的谱线强度的多重相关性，减小了基体效应的影响，比起传统的单变量定标方法具有拟合优度好、重复性强、预测精度高的特点。
文档编号G01N21/71GK102053083SQ20101053703
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者李政, 王哲, 袁廷璧 申请人:清华大学