[發明專利]一種基于高斯過程的近紅外光譜煤灰分快速檢測方法

在審

• 申請號: 201610058289.1
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105486661A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 郝峻青
• 申請（專利權）人: 山西汾西礦業（集團）有限責任公司;浙江大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3563
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及煤碳工業化驗領域以及近紅外光譜技術分析領域，具體涉 及一種基于高斯過程的近紅外光譜煤灰分快速檢測方法。

背景技術

煤中的灰分不是煤的固有成分，而是煤中所有可燃物質完全燃燒以及 煤中礦物質在一定溫度下產生一系列分解、化合等復雜反應剩下的殘渣。 灰分常稱為灰分產率，用百分比表示。精煤的灰分是表征精煤質量的一項 重要指標：在洗選生產過程中用來判定洗選精煤質量和洗選質量效率；在 煉焦工業中用來測定計算煤的灰分量來預計焦炭中的灰分；在煤炭采樣和 制樣設備和方法研究中用作偏倚和精密度的評定參數；灰分是煤炭貿易計 價的主要指標，也是現階段我國制定煤炭出廠價格的基本依據。因此，它 的快速檢測對于精煤的生產、銷售和應用均具有重要的意義。

目前，煤質灰分的工業檢測方法基本按照國家標準人工采樣，實驗室 化驗，從采樣到化驗結束操作過程復雜繁瑣，需要消耗大量的人力物力， 獲得一個樣本的各煤質參數分析值需要數小時。另外，現有的基于X射線 熒光中子活化的分析方法雖然能夠實現在線分析的目的，但需要用到放射 源，這在使用與管理中都具有一定的安全風險，不易實際推廣應用。近紅 外光譜的分析可以實現全自動，在線，安全，快捷的多參數在線實時分析。

可用于近紅外光譜建模分析的方法有多種，如偏最小二乘回歸 (PLSR)、多元線性回歸等線性回歸算法，以及人工神經網絡(ANN)、 支持向量機(SVM)等非線性回歸算法。前者對于建模對象的線性要求比 較高，在解決一些非線性問題時效果不夠理想；后者則存在模型復雜、計 算成本高、需要比較繁瑣的調參過程等不足。高斯過程作為非參數學習方 法，理論上能夠對任意輸入的函數進行逼近，因此具有泛化能力強等特點， 并且能夠同時適應線性和非線性預測的要求，非常適合小樣本、高維度特 征數據的建模。同時，基于高斯過程可以預測未知樣本的概率分布，能夠 對預測值的非確定性進行量化。這在煤質成分預測及指標控制方面非常有 實用價值。本發明意在利用近紅外光譜數據并基于高斯過程建模，實現對 精煤灰分的安全、在線、快速的檢測。

發明內容

本發明主要是解決現有煤灰分檢測方法過程繁瑣、實時性差、存在安 全風險等技術問題，通過自動采樣、預處理煤樣本并用近紅外光譜儀進行 實時光譜數據獲取，光譜數據傳入計算機經過基于高斯過程的模型計算得 到具體的煤灰分參數。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于高斯過程的近紅外光譜 煤灰分快速檢測方法，包括用于實時采集分析樣本的煤樣采樣模塊，用于 處理原始煤樣本至符合近紅外光譜分析條件的煤樣預處理模塊，用于獲取 煤樣光譜數據的光譜采集模塊以及進行煤樣灰分值預測分析的建模分析 模塊。

所述的采樣模塊主要包括采樣設備，由機械化采樣系統構成，可以是 二級采樣或者三級采樣設備，實現定時采樣和縮分。固定時間間隔地從煤 碳生產線或運輸線上上采集煤樣并進行充分混合與縮分，采樣設備的采樣 時間間隔與采樣量可進行調整，保證檢測傳送帶上的煤樣不間斷。

所述的煤樣預處理模塊主要包括破碎設備、傳送帶裝置和勻料器。破 碎設備由不同的破碎機組成，可以是不同級別的破碎機組成多級破碎，將 由采樣機得到的縮分煤樣進行充分破碎至合適的顆粒大小。傳送帶裝置由 傳送帶和驅動傳送帶運行的電機組成的，破碎得到的煤樣落入傳送帶中， 要求能夠平穩慢速地運輸，保證光譜采集時穩定不振動。傳送帶采用皮帶 式，通過驅動電機帶動，將傳送帶維持在運行狀態，要求傳送帶能夠低速 平穩運行，可以配以合適的差速器和變頻器來對電機進行速度控制。勻料 器由若干平板葉片輪與驅動葉輪的電機組成，葉輪安裝于傳送帶上方，破 碎設備出料口后方，通過旋轉把煤樣表面攤平，保證在光譜采集時表面煤 樣本表面較為平整。同時要求葉輪高度可調，以得到適于光譜掃描分析的 煤層厚度。

所述的光譜采集模塊為近紅外光譜儀，其光源位于傳送帶上方，勻料 器后方，對攤平的煤樣進行從上到下的垂直式照射，得到實時的近紅外光 譜并將數據傳輸至計算機。近紅外光譜儀可采用分光式或者傅利葉式漫反 射光譜儀，可調整掃描時間和掃描次數，以獲得更具代表性的光譜數據。