[發明專利]一種基于太赫茲時域光譜的煤巖判別方法

有效

• 申請號: 201810404583.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108279217B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 王昕;董愛民;陳超;杜露
• 申請（專利權）人: 江蘇建筑職業技術學院
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，其特征在于包括如下步驟：

a.挑選不同品種的煤，利用挑選出的煤加入純巖樣制作不同灰分煤樣品，利用太赫茲時域光譜儀為對空氣直接檢測得到無樣本時的信號作為參考信號，再利用太赫茲時域光譜儀采集所有煤樣品的太赫茲時域光譜數據并分類存儲起來，無樣本時的信號為對空氣直接檢測得到的信號，所述的太赫茲時域光譜數據有200維，并將所有煤樣品按照中國煤炭分類標準分成：無煙煤、煙煤、褐煤幾類；

b.利用快速傅里葉變換將所有煤樣品的太赫茲時域光譜轉換為太赫茲頻域光譜；從所有轉換后的太赫茲頻域光譜中提取吸收光譜，并對吸收光譜數據進行平滑和加窗預處理，選取數據噪聲超過1THz以上的煤樣品吸收光譜，將選取的煤樣品吸收光譜中0.4-1.0THz頻段光譜數據作為優選的吸收光譜；

c.將所有煤樣品，包括不同灰分煤樣品和純煤樣品的0.4-1.0THz頻段吸收光譜進行標注分類從而生成不同灰分煤樣品和純煤樣品的煤光譜數據庫，利用主成分分析/PCA技術對煤光譜數據庫中的所有數據進行降維和特征提取，使獲得的太赫茲時域光譜數據從200維降到了20維；

d.利用非線性擬合法對所有降維后的0.4-1.0THz頻段吸收光譜進行建模，根據所有煤樣品的三類信息：煤炭種類、煤中灰分和其太赫茲吸收光譜確立三類信息的關系曲線，從而構建基于太赫茲光譜的煤炭灰分模型；

e.根據實際需要采集被測區域的煤樣品后利用太赫茲時域光譜儀獲取煤樣品的太赫茲時域光譜，重復步驟b、c、d，將被測區域煤樣品的光譜數據帶入太赫茲光譜的煤炭灰分模型從而對煤樣品中的灰分進行判別。

2.根據權利要求1所述基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，其特征在于：太赫茲時域光譜采集裝置為天津大學組建的系統設備。

3.根據權利要求1所述基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，其特征在于：每次采集煤樣品的太赫茲時域光譜時選取3-5個不同的點位進行采集，每個點位重復采集3-4次光譜，所述煤樣品的為粉末狀或塊狀。

4.根據權利要求1所述基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，其特征在于：在檢測過程中，采用太赫茲時域光譜系統的透射掃描模塊獲取以干燥空氣為背景的參考信號時域光譜和不同灰分含量煤樣品的太赫茲時域光譜，干燥空氣的空氣濕度低于5％。

5.根據權利要求1所述基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，其特征在于：所述利用快速傅里葉變換將所有煤樣品的太赫茲時域光譜轉換為太赫茲頻域光譜，根據太赫茲頻域光譜提取折射率光譜n(ω)和吸收光譜α(ω)采用THz光學參數提取模型：

T(ω)＝E_sam(ω)/E_ref(ω)

其中，T(ω)為煤樣品的透射系數光譜，E_ref(ω)為參考信號的太赫茲頻譜，E_sam(ω)為煤樣品太赫茲頻譜，ω為角頻率，d為煤樣品的厚度，c為光速，n(ω)為煤樣品的折射率，α(ω)為煤樣品的吸收系數，ρ(ω)項為煤樣品信號與參考信號幅度的比值，項為測試樣品信號與參考信號的相位差，k(ω)為測試樣品復折射率的虛部，也稱為消光系數；測試樣品信號為不同灰分的煤炭信號，直接測出來的是時域信號，通過傅里葉變換到頻域，然后利用上述公式，可以得到煤的吸收光譜；經傅里葉變換后的太赫茲頻譜范圍為0.1～3.5THz。