基于紅外光譜法的礦井氣體定量分析研究.pdf

1、礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸一直威脅著我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)和礦井下工作人員的生命安全，所以對(duì)礦井中的氣體濃度進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。紅外光譜技術(shù)相對(duì)于其他方法具有檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便、能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)多組份檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是檢測(cè)精度較低。該缺點(diǎn)可以通過(guò)算法予以彌補(bǔ)。本文利用紅外光譜法對(duì)礦井中的瓦斯氣體和有害氣體的濃度進(jìn)行了檢測(cè)，并通過(guò)建立兩種紅外光譜定量分析模型，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井氣體濃度準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論

2、如下：
　　（1）搭建了礦井氣體采集系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了氣體采集方案。并針對(duì)礦井中常見(jiàn)的五種氣體，包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和二氧化碳五種氣體，采集得到了126組單組份氣體和110組混合氣體組份。
　　（2）將采集得到的236組氣體光譜數(shù)據(jù)分為186組校正集和50組驗(yàn)證集，利用 KPLS算法建立氣體濃度的定量分析模型。選擇的光譜分析區(qū)域?yàn)?1(2200~2400) cm??(2800~3200) cm?，通過(guò)分析比較得出最優(yōu)

3、化的預(yù)處理方案。并通過(guò)優(yōu)化KPLS中的參數(shù)，建立最優(yōu)的基于KPLS法的礦井氣體濃度定量分析模型。最后，對(duì)驗(yàn)證集的樣本進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)定量分析的結(jié)果為：每種氣體的最大相對(duì)誤差不超過(guò)8％，平均相對(duì)誤差不超過(guò)3%，50組混合氣體樣本的最大誤差為3.26%，50組氣體樣本的平均誤差為1.25%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：KPLS法能夠?qū)崿F(xiàn)礦井氣體濃度的準(zhǔn)確檢測(cè)，但檢測(cè)結(jié)果偏差略大且不穩(wěn)定。
　?。?）對(duì)SVM回歸進(jìn)行了改進(jìn)，建立基于改進(jìn)SVM法的礦井

4、氣體濃度定量分析模型。利用PCA對(duì)光譜數(shù)據(jù)降維，并通過(guò)GA和PSO分別對(duì)SVM模型中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了比較。最后，建立了最優(yōu)的基于改進(jìn)SVM的礦井氣體濃度定量分析模型。利用對(duì)驗(yàn)證集的樣本進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：每種氣體的最大相對(duì)誤差不超過(guò)5%，平均相對(duì)誤差不超過(guò)2%，50組混合氣體樣本的最大相對(duì)誤差為2.19%，50組氣體樣本的平均誤差為0.68%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)SVM算法對(duì)礦井氣體檢測(cè)效果要優(yōu)于普通SVM算法和K