一种基于小波变换的煤质特性测量方法
【专利摘要】一种基于小波变换的煤质特性测量方法，首先采用LIBS系统对煤质特性已知的煤炭定标样品进行检测，然后对检测得到的LIBS光谱进行小波去噪处理并得到处理后的小波系数，利用处理后的小波系数作为自变量、以定标样品的煤质特性数值作为因变量建立偏最小二乘定标模型；将待测样品的LIBS光谱同样进行小波去噪并将小波系数代入偏最小二乘定标模型中即可计算待测样品中煤质特性结果。该方法利用小波工具将环境噪声和背景噪声从原始信号中分离出来，减少了噪声对LIBS分析的干扰，增加了特征谱线的信噪比并且提高了定标模型的测量精度。
【专利说明】一种基于小波变换的煤质特性测量方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤质特性测量方法，属于原子发射光谱测量【技术领域】。具体来说，该方法的基本原理是基于激光诱导等离子光谱技术(简称LIBS)实现对煤质在线检测方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，同时在测量光谱中存在大量的噪声干扰测量的准确性，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。
[0005]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。只有能够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。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出了一种基于小波变换的煤质特性在线测量方法，针对在偏最小二乘法建模过程中受到LIBS光谱中噪声干扰的问题，本发明通过小波变换的方法对LIBS信号进行去噪处理，以提高煤质特性偏最小二乘模型的测量精度。
[0007]本发明的技术方案是:[0008]一种基于小波变换的煤质特性测量方法包括了如下步骤:
[0009]I)以煤质特性参数值已知的一组煤炭样品作为定标样品，各定标样品的煤质特性参数值记为C1、C2、C3……；
[0010]2)从步骤I)中一组定标样品中任选一种，利用激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该定标样品的特征光谱图，特征光谱图中包括该定标样品中各元素的特征谱线强度数据以及由环境噪声和连续的背景噪声组成的谱线强度数据；
[0011]3)对特征光谱图中的谱线强度数据进行第一次小波变换，得到小波系数如下式所示，
【权利要求】
1.一种基于小波变换的煤质特性测量方法，其特征是该方法包括了如下步骤: 1)以煤质特性参数值已知的一组煤炭样品作为定标样品，各定标样品的煤质特性参数值记为CpC^C3……； 2)从步骤I)中一组定标样品中任选一种，利用激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该定标样品的特征光谱图，特征光谱图中包括该定标样品中各元素的特征谱线强度数据以及由环境噪声和连续的背景噪声组成的谱线强度数据； 3)对特征光谱图中的谱线强度数据进行第一次小波变换，得到小波系数如下式所示，
2.根据权利要求1所述的一种基于小波变换的煤质特性测量方法，其特征在于:步骤I)中煤质特性参数为元素浓度、灰分、挥发分和发热量。
3.根据权利要求1所述的一种基于小波变换的煤质特性测量方法，其特征在于:步骤3)中第一次小波变换的小波函数选择Daubechies系列或者Symmlet系列，分解层数取3~4层；步骤4)中第二次小波变换的小波函数选择Daubechies系列或者Symmlet系列,分解层数取I~6层。
【文档编号】G01N21/63GK103543132SQ201310487743
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】王哲, 袁廷璧, 李政 申请人:清华大学