[發(fā)明專利]一種固體燃料顆粒流的燃料特性測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811443516.8
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109521002B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董美蓉;黎文兵;陸繼東;陸盛資;韋麗萍;李詩詩;駱發(fā)勝;蔡俊斌
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/73
• 分類號: G01N21/73
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發(fā)明公開了一種固體燃料顆粒流的燃料特性測量方法，包括，利用固體燃料顆粒流激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量系統(tǒng)對不同固體燃料顆粒流進行測量，獲得顆粒流的激光等離子體發(fā)射光譜；選取特征元素譜線特性進行無效光譜判別及剔除，得到有效光譜；對有效光譜平均值進行行歸一化；將移動平均方法應(yīng)用到歸一化后的有效光譜的同一變量上，并對光譜進行卷積求導(dǎo)，得到修正后的全波段等離子體發(fā)射光譜；利用聯(lián)合區(qū)間偏小二乘法對修正后的全波段等離子體發(fā)射光譜進行變量篩選；以變量篩選后的光譜為變量，建立固體燃料顆粒流燃料特性定標(biāo)模型；將待測樣品進行處理得到篩選后變量，輸入建立的固定燃料顆粒流燃料特性定標(biāo)模型，實現(xiàn)對待測樣品的燃料特性的預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體燃料顆粒流測量領(lǐng)域，具體涉及一種固體燃料顆粒流的燃料特性測量方法。

背景技術(shù)

近年來，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(簡稱LIBS)由于具有快速、微損、多元素同時測量和無需樣品預(yù)處理等優(yōu)點，被用于各種工業(yè)過程的質(zhì)量監(jiān)控和過程檢測。LIBS光譜由于幾乎包含所測樣品中所有元素的信息，也經(jīng)常用來檢測固體燃料的元素分析、工業(yè)分析和熱值等燃料特性。

常見的LIBS實現(xiàn)粉末狀固體燃料特性檢測的過程是首先將粉末固體燃料壓片處理后再進行檢測，可一定程度上保證LIBS測量的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，但復(fù)雜的樣品處理系統(tǒng)不僅大大增加了整個測量系統(tǒng)的成本，也降低了系統(tǒng)的測量速度，很難實現(xiàn)在線檢測。對固體燃料顆粒流進行直接檢測，可以有效簡化測量系統(tǒng)，實現(xiàn)固體燃料的在線測量。但是顆粒流的波動和顆粒尺寸分布的不均勻會產(chǎn)生無效擊穿的光譜及降低光譜測量的重復(fù)性。而且固體燃料復(fù)雜的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)及其引起的顆粒流特性差異均會使所測光譜受到不同基體效應(yīng)及譜線干擾的影響。這些因素均會降低LIBS測量系統(tǒng)對燃料特性的預(yù)測精度。

多變量的定量分析方法常常被應(yīng)用于LIBS的定量分析模型的建立過程中，但是如何確定合適的變量數(shù)量對于提高模型的魯棒性十分關(guān)鍵。在固體燃料顆粒流的燃料特性檢測應(yīng)用中，較低的預(yù)測精度已成為LIBS技術(shù)在該領(lǐng)域進一步發(fā)展的瓶頸。因此，需要建立一套提高光譜穩(wěn)定性及測量精度的固體燃料顆粒流燃料特性測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對于固體燃料顆粒流燃料特性測量中存在的光譜數(shù)據(jù)波動大、測量精度不高等問題，本發(fā)明提供一種固體燃料顆粒流的燃料特性測量方法。

本發(fā)明通過無效光譜剔除和歸一化處理可有效提高光譜的穩(wěn)定性，特殊的移動平均法和卷積求導(dǎo)可有效降低不同樣品的等離子體狀態(tài)的差異和譜線干擾，結(jié)合聯(lián)合偏最小二乘法變量篩選，有效提高了模型預(yù)測的精度，實現(xiàn)待測固體燃料顆粒流燃料特性的在線測量。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種固體燃料顆粒流的燃料特性測量方法，包括如下步驟：

S1利用固體燃料顆粒流激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量系統(tǒng)對不同固體燃料顆粒流進行測量，獲得顆粒流的激光等離子體發(fā)射光譜；

S2選取特征元素譜線特性進行無效光譜判別及剔除，得到有效光譜；

S3對有效光譜平均值進行行歸一化；

S4將移動平均方法應(yīng)用到行歸一化后的有效光譜的同一變量上，并對光譜進行卷積求導(dǎo)，得到修正后的全波段等離子體發(fā)射光譜，以減小不同燃料樣品等離子體溫度及電子密度的差異，從而達到減少不同樣品間的等離子體狀態(tài)差異的目的。對光譜進行二階卷積求導(dǎo)，以達到分辨重疊峰及提高分辨率的目的。

S5利用聯(lián)合區(qū)間偏小二乘法對修正后的全波段等離子體發(fā)射光譜進行變量篩選；即將全波段光譜分成n個區(qū)間，隨機組合p個區(qū)間進行偏最小二乘建模，以交互驗證均方根誤差最小時所對應(yīng)的變量組合為變量篩選的最優(yōu)解；

S6以變量篩選后的光譜為變量，建立固體燃料顆粒流燃料特性定標(biāo)模型；