[發明專利]一種高爐鐵水硅含量在線檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202110313013.4
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113092448B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 蔣朝輝;黃倩;謝永芳;潘從元;桂衛華;方怡靜;朱霽霖;吳華峰
• 申請（專利權）人: 中南大學;合肥金星智控科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G06N3/04
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 易瑤

1.一種高爐鐵水硅含量在線檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

采集高爐鐵水對象的鐵水成分離線化驗數據與在線光譜數據；

對所述在線光譜數據進行預處理，獲得鐵水各元素的光譜分析線；

提取鐵水各元素的光譜分析線的光譜特征量，其中提取鐵水各元素的光譜分析線的光譜特征量包括：

基于譜線展寬機制求得鐵水樣本中關鍵元素的光譜分析線的最優線型，獲得最優線型光譜分析線，其中基于譜線展寬機制求得鐵水樣本中關鍵元素的光譜分析線的最優線型，獲得最優線型光譜分析線包括：

獲取與光譜分析線的中心波長最近的兩個波谷點組成的區域，其中所述區域包含x個離散數據點；

將所述區域內的x個離散點代入待選線型的擬合函數，進行第一次擬合，其中所述待選線型包括三種線型，分別為Lorentz線型、Gauss線型和Voigt線型；

將第一次擬合后得到的基底信號取平均值與波長中心位置取平均值，分別代入三種線型的擬合函數，進行第二次擬合；

獲取x個離散數據點分別在基底信號同為基底信號的平均值，波長中心位置都取波長中心位置的平均值的三種線型擬合下的殘差平方和；

比較三種線型的殘差平方和，若Voigt線型的殘差值不是最小的，則直接選擇另兩種線型中殘差值最小的種類作為與光譜分析線對應的最優線型，若Voigt線型的殘差值是最小的，則判斷是否與另兩種線型殘差絕對差是否大于5％，若是，則直接將Voigt線型作為最優線型，否則，選擇與Voigt函數殘差平方和相近的Lorentz或者Gauss線型作為與光譜分析線對應的最優線型；

對所述最優線型光譜分析線進行擬合優化，其中對所述最優線型光譜分析線進行擬合優化包括：

確定對最優線型光譜分析線進行擬合優化的優化目標函數與參數約束；

根據優化目標函數與參數約束確定蜘蛛猴優化算法中的各項參數數值，最終通過蜘蛛猴優化算法得到目標函數中擬合參數基底信號、譜峰系數、半高寬和中心頻率的最優解，從而得到相應線型的最優擬合函數；

根據擬合優化后的最優線型光譜分析線，提取鐵水各元素的光譜分析線的光譜特征量，其中根據擬合優化后的最優線型光譜分析線，提取鐵水各元素的光譜分析線的光譜特征量包括：

計算鐵水中除鐵元素外其它元素的擬合優化后的最優線型光譜分析線的積分強度與鐵元素的光譜分析線的積分強度的積分強度比，并將所述積分強度比作為光譜分析線的光譜特征量，其中所有光譜分析線確定最優線型之后獲得的譜圖具體為：

其中I代表所有光譜分析線確定最優線型之后獲得的譜圖，a,b,c分別代表對應最優線型光譜分析線中Gauss線型、Lorentz線型與Voigt線型的譜線數量，n代表關鍵元素的最優線型光譜分析線總數，I_G(i)、I_L(j)、I_V(z)分別代表第i條Gauss函數模型擬合、第j條Lorentz函數模型擬合、第z條Voigt函數模型擬合的最優線型光譜分析線的強度值，i＝1.2,...,a，j＝1.2,...,b，z＝1.2,...,c；

基于所述光譜特征量，采用廣義回歸神經網絡建立多元光譜分析線積分強度與硅含量之間的定標模型；

基于所述定標模型，獲得高爐鐵水硅含量。

2.根據權利要求1所述的高爐鐵水硅含量在線檢測方法，其特征在于，對所述在線光譜數據進行預處理，獲得鐵水各元素的光譜分析線包括：

將在線光譜數據中的譜圖中的負值數據剔除；

根據LIBS光譜呈正態分布的特點，采用依據拉依達準則篩選數據，進行kσ校驗，對在線光譜數據中的譜圖進行有效篩選，剔除異常譜線，循環驗證并每次刪除不滿足校驗標準的譜線中偏差最大的一條，直至所有譜線滿足驗證條件或者譜線數量少于原始譜線數量的一半；

對剩下符合正態分布的譜圖按波長分布取平均值，獲得平均譜圖；

對所述平均譜圖進行歸一化處理；

通過連續小波變換操作，對歸一化后的平均譜圖進行尋峰；

根據標準原子發射光譜數據庫與平均譜圖的尋峰結果，獲得鐵水各元素的光譜分析線。