[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤質(zhì)特性在線測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010537027.6
• 申請日: 2010-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN102004088A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李政;王哲;侯宗余
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/63
• 分類號(hào): G01N21/63;G01J3/28;G06N3/00
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤質(zhì)在線測量方法。具體來說，方法的基本原理是激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)(LIBS)，在使用主成分分析方法(PCA)或者偏最小二乘判別分析(PLS-DA)對煤進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，應(yīng)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型對煤質(zhì)進(jìn)行快速的定量分析。

背景技術(shù)

在電廠等用煤單位，為了對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，須及時(shí)了解皮帶輸送機(jī)上的煤炭具體成分，從而根據(jù)煤炭成分的變化來調(diào)節(jié)相關(guān)的生產(chǎn)參數(shù)。比如在燃煤電廠，煤炭成本占了總成本的80％，所以了解和研究煤質(zhì)等因素對生產(chǎn)效率的影響是至關(guān)重要的。這就要求能在線實(shí)時(shí)地對輸送帶上的煤炭進(jìn)行成分分析。目前普遍采用的離線分析存在分析速度慢、工序繁瑣等缺點(diǎn)，從采樣、制樣到檢驗(yàn)結(jié)果的報(bào)出一般需要幾個(gè)小時(shí)，檢測結(jié)果嚴(yán)重滯后，不能及時(shí)反饋煤炭的信息，也就不能為操作人員提供實(shí)時(shí)在線的參考數(shù)據(jù)，難以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需求。因此，離線的煤質(zhì)分析方法已經(jīng)很難滿足用煤單位的要求，采用先進(jìn)、快速的分析手段就顯得十分必要，特別是研發(fā)出有效的煤質(zhì)在線檢測裝置和方法，這樣有利于提高我國煤炭資源合理利用能力和提高煤炭利用的經(jīng)濟(jì)性。

目前煤質(zhì)在線檢測中常用的技術(shù)為X射線熒光技術(shù)，中子感生瞬發(fā)γ射線分析技術(shù)和雙能γ射線透射技術(shù)。但X射線熒光技術(shù)只適合于測量原子序數(shù)大于11的元素，測量精度和靈敏度不高。中子感生瞬發(fā)γ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γ射線投射技術(shù)最大的缺點(diǎn)是無法全元素分析、成本較高和有安全隱患。由于這些技術(shù)本身的缺點(diǎn)，所以并沒有得到更廣泛的應(yīng)用。各用煤單位急需一種精度較高，并能實(shí)現(xiàn)全元素分析的煤質(zhì)在線快速檢測方法。

近年來，激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)(簡稱LIBS)由于具有高靈敏度、無需樣品預(yù)處理和實(shí)現(xiàn)多元素測量等優(yōu)點(diǎn)，成為一種新的激光分析技術(shù)。可是由于該技術(shù)母體效應(yīng)比較明顯，直接測量物質(zhì)成分時(shí)精度不高，也限制了該技術(shù)在煤質(zhì)在線檢測中的應(yīng)用。準(zhǔn)確的定量化測量是LIBS系統(tǒng)在煤質(zhì)在線檢測中發(fā)揮作用的前提和基礎(chǔ)。

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，雖然可以通過去噪、內(nèi)定標(biāo)等手段來提高精度，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)測效果不能令人滿意。只有可以處理自變量嚴(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(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，但仍存在非線性擬合能力差、容錯(cuò)能力差、魯棒性不夠強(qiáng)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前的煤質(zhì)在線分析技術(shù)存在投資大、精度不夠高或不能實(shí)現(xiàn)全元素分析的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤質(zhì)特性在線測量方法，可在激光誘導(dǎo)等離子光譜系統(tǒng)上運(yùn)用。可以消除煤的不同種類導(dǎo)致的誤差，同時(shí)利用了人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)非線性預(yù)測、適應(yīng)性強(qiáng)、容錯(cuò)性好等優(yōu)點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)的全元素分析，又可以提高測量精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤質(zhì)特性在線測量方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)首先使用各元素質(zhì)量濃度已知的一組煤炭樣品作為定標(biāo)樣品，利用安裝在輸煤皮帶上方的激光誘導(dǎo)等離子光譜系統(tǒng)對定標(biāo)樣品進(jìn)行檢測，得到該組定標(biāo)樣品的光譜譜線，即得到了每種定標(biāo)樣品中各種元素的激光誘導(dǎo)等離子特征光譜譜線強(qiáng)度，形成譜線強(qiáng)度矩陣E₀，E₀矩陣的結(jié)構(gòu)如下，