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利用机器学习实现H2S和CO2气体混叠光谱浓度预测OA

Concentration prediction for overlapping gas spectra of H2S and CO2 using machine learning

中文摘要英文摘要

为解决H2S吸收光谱与CO2 混叠问题,提高烟气H2S在线测量准确度,提出一种基于机器学习算法的H2S浓度预测方法.将HITRAN数据库生成的直接吸收光谱数据进行解调处理生成580组模拟数据,再与实验获取的二次谐波数据混合形成完整训练数据集,利用高斯过程回归、传统线性回归、支持向量机及神经网络等方法,对H2S和CO2进行了同步预测.实验结果表明,高斯过程回归模型的平均相对误差分别达到0.816%和0.673%,优于其他模型;对系统进行长期稳定性监测得到H2S和CO2的均方根误差分别为14.181×10-6和0.101%,表现优良.本研究基于高斯过程回归的机器学习方法解决了H2S与CO2光谱混叠问题,实现了对燃煤锅炉高温腐蚀关键指标H2S的高精度、高稳定性监测,为工业过程中的烟气组分实时分析提供了切实可行的技术方案.

To address the spectral overlap between H2S and CO2 absorption lines and improve the accura-cy of online H2S measurements in flue gas,an H2S concentration prediction method based on machine learning algorithms is proposed.A comprehensive training dataset was constructed by integrating 580 sets of demodulated data from direct absorption spectra generated using the HITRAN database with experimen-tally acquired second-harmonic signal data.Several models,including Gaussian Process Regression(GPR),traditional linear regression,support vector machines,and neural networks,were employed to si-multaneously predict the concentrations of H2S and CO2.The results indicate that the GPR model achieved the best performance,with mean relative errors of 0.816%for H2S and 0.673%for CO2,outper-forming the other models.Long-term stability tests yielded root mean square errors of 14.181×10-6 for H2S and 0.101%for CO2,demonstrating excellent measurement stability.Overall,the proposed GPR-based machine learning approach effectively resolves the spectral interference between H2S and CO2,en-abling high-precision and stable monitoring of H2S,a key indicator of high-temperature corrosion in coal-fired boilers.This method provides a practical and reliable technical solution for real-time flue gas compo-nent analysis in industrial environments.

徐玮辰;王庚乾;郭松杰;宫廷;梁五洲;姚凯;陈国元;邱选兵;李传亮

太原科技大学 应用科学学院 山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院 山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院 山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院 山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030012苏晋保德煤电有限公司,山西 忻州 036604联勤保障部队第九八五医院,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院 山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院 山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024

信息技术与安全科学

机器学习混叠光谱硫化氢可调谐半导体激光吸收光谱

machine learningoverlapping spectrahydrogen sulfidetunable diode laser absorption spectroscopy

《光学精密工程》 2026 (5)

722-733,12

山西省重点研发计划资助项目(No.202402150301012,No.202302150101006)国家自然科学基金资助项目(No.62475182,No.52506204)山西省科技创新人才团队专项资助项目(No.202304051001034)中央引导地方科技发展资金项目(No.YDZJSX2025C026)山西省专利转化专项计划资助项目(No.20250019)

10.37188/OPE.20263405.0722

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