[發明專利]基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統及方法

有效

• 申請號: 202011010399.3
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112129869B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 錢翔;徐向春;霍新明;魯信瓊;余泉;倪凱;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院;深圳至秦儀器有限公司
• 主分類號: G01N30/72
• 分類號: G01N30/72
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

1.一種基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，包括儀器控制參數設定與環境參數采集模塊、多組分類器分類模塊、反饋調參模塊以及輸出模塊；所述儀器控制參數設定與環境參數采集模塊在測試進樣前設定儀器控制參數和采集當前儀器工作環境參數；所述多組分類器分類模塊包括多個串聯的分類器，所述多組分類器分類模塊接收質譜儀檢測得到的質譜信號，由每個分類器負責分類不同類型的故障信號或正常信號；所述反饋調節模塊根據所述多組分類器分類模塊分類出的故障信號類型選擇對應的參數調整方案，反饋到所述儀器控制參數設定與環境參數采集模塊，重新設定參數后由系統控制質譜儀進行重新采樣；直到得到正常信號或達到設定的最大循環次數；所述輸出模塊輸出所述多組分類器分類模塊得到的正常信號。

2.如權利要求1所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，所述多組分類器分類模塊包括按先后順序依次串聯的第一至第三分類器，第一分類器基于輸入信號統計特征進行針對純噪聲的分類，第二分類器進行針對譜峰形狀異常故障信號的分類，第三分類器進行針對二級質譜信號母峰碎裂不充分故障信號的分類。

3.如權利要求2所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，所述第一分類器為BP神經網絡，所述第二分類器為SVM分類，所述第三分類器進行對比分析。

4.如權利要求2所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，所述第一分類器利用BP神經網絡基于所有輸入信號統計特征進行分類，優選地，統計特征包括信號兩種頻域統計參數p₁和p₂，分別如下：

其中，y(k)是信號的頻譜，k＝1，2，...，K，K是譜線數；f_k是第k條譜線的頻率值；

5.如權利要求2所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，所述第二分類器基于SVM分類器對譜峰形狀異常進行分類，實現對拖尾信號、譜峰飽和信號以及譜峰形狀正常信號的分類；優選地，基于機理和模型的特征提取方法，提取一個二級譜圖中的所有出峰段，對每一個譜峰完成中心化和歸一化之后用高斯函數擬合，得到每個譜峰的擬合特征參數，將這些參數和按照譜峰形狀類型做好的標記一起存入訓練集中，利用SVM分類器分類得到超平面作為最終的分類模型。

6.如權利要求2所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，所述第三分類器對所述第二分類器輸出的譜峰正常質譜信號轉換成柱狀圖之后與標準普圖庫比對，分析母離子峰是否實現較好的碎裂，以此實現對碎裂較好和碎裂較差信號的分類。

7.如權利要求2至6任一項所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，對于不同的故障信號類型，重新設定參數后進行重新采樣的方式為：

對于噪聲信號，在指定最大采樣次數下，多次重采樣，若依然是噪聲信號，則默認是無進樣，直接輸出噪聲信號；

對于拖尾信號，降低掃描速度或縮短進樣時間然后重采樣；

對于飽和信號，縮短進樣時間和調整透鏡電壓然后重采樣；

對于母峰碎裂不充分信號，修正碎裂頻率和調整碎裂能量之后進行重采樣；

對于所述拖尾信號、所述飽和信號以及所述母峰碎裂不充分信號，在重采樣之前判斷是否達到最大迭代次數，若達到則直接輸出最后一次采樣得到的信號。

8.如權利要求1至7任一項所述的基于數據驅動的現場質譜儀穩定輸出控制系統，其特征在于，記錄當前儀器輸出正常信號時的工作控制參數與環境參數，并基于記錄的所述工作控制參數與環境參數，在以后當工作環境符合所述環境參數時推薦最優控制參數。