内标校准与多变量建模的煤气多组分拉曼检测OA
针对转炉、焦炉等复杂工况下煤气多组分(H_(2),CO,CH_(4)等)在线检测中,拉曼光谱信号易受气压波动、激光功率漂移及光路传输效率变化等多源干扰影响,导致浓度反演精度下降的问题,本文提出一种基于内标校准与多变量联合建模的煤气多组分拉曼光谱分析方法。首先,以煤气中普遍存在且化学性质稳定的CO_(2)作为内标参考组分,构建内标比Ri以消除系统增益的共模干扰;其次,定义系统增益校准算子S_(factor),实现对气压、散射光强等系统状态变量的实时表征;最后,将内标比、气压、散射光强及系统增益校准算子等参数共同作为输入特征,采用LightGBM算法建立多变量非线性回归模型,对H_(2),CO,CH_(4)三种组分浓度进行高精度反演。实验结果表明,所提出的多变量联合模型对H_(2),CO,CH_(4)的均方根误差(RMSE)均低于0.09%,平均绝对百分比误差(MAPE)均低于0.6%,与仅采用原始光谱数据或单一内标比的模型相比,RMSE整体降幅约为37%~63%。该方法有效补偿了气压与散射光强变化带来的非线性干扰,显著提升了复杂工况下煤气多组分拉曼光谱的浓度反演精度,为工业煤气在线检测提供了可行方案。
郭松杰;李俊楷;邱选兵;田亚莉;张其生;东占萃;李伟;宋黎明;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 山西晋谱光电科技有限责任公司,山西太原030008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 太原科技大学启东智能装备研究中心,江苏启东226200北京首钢股份有限公司迁安钢铁公司,河北迁安064400北京首钢股份有限公司迁安钢铁公司,河北迁安064400北京首钢股份有限公司迁安钢铁公司,河北迁安064400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
数理科学
拉曼光谱煤气内标多变量联合建模机器学习
《光学精密工程》 2026 (12)
P.1817-1829,13
国家自然科学基金(No.52506204)山西省重点研发计划(No.202402150301012,No.202302150101006)中央引导地方科技发展资金项目(No.YDZJSX2025C026)山西省科技创新人才团队专项资助(No.202304051001034)太原科技大学科研启动基金(No.20242148)山西省科研启动金(No.20252013)。
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