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改进型PSO-SVM算法对井下多组分气体定量分析的研究 被引量:10
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作者 段小丽 王明泉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2883-2888,共6页
对于多组分混合气体定量分析而言,基于特征光谱的定量分析技术具有不可比拟的优势,而定量检测效率与精度取决于其采用的光谱数据处理算法的优劣。优化光谱分析算法参数与改进光谱数据处理方式是提高定量分析速度与精度的重要手段。针对... 对于多组分混合气体定量分析而言,基于特征光谱的定量分析技术具有不可比拟的优势,而定量检测效率与精度取决于其采用的光谱数据处理算法的优劣。优化光谱分析算法参数与改进光谱数据处理方式是提高定量分析速度与精度的重要手段。针对井下多组分气体定量分析建模过程中支持向量机(SVM)参数难以确定,并且随组分数增多而呈指数增长的光谱数据运算量的问题,提出了一种改进型粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)算法。该算法主要针对多组分气体混合光谱数据量大,光谱特征信息存在交叠的问题进行研究。通过粒子变异约束PSO算法的收敛路径,再通过粒子信息共享提高模型优化效率,最后利用设置动态不敏感区提高模型精度。设计了一种井下多组分气体快速定量检测系统。该系统由CPU控制信号调制模块驱动红外光源,信号光经过滤尘除湿后的气室照射在探测器上。在压力与温度传感器补偿的基础上,由信号处理模块将探测得到的光信号量化传入CPU,最终,结合改进型PSO-SVM算法实现各组分气体浓度的定量分析。在完成井下实际样气采集、预处理的基础上,对浓度范围0~10.0%的CH4和浓度范围0~1.0%的C2H6,C3H8,SO2和CO2共5种组分的混合气体进行了测试,获得了800组红外光谱数据,其中训练集400组,验证集400组。采用SVM建立了多组分气体的定量分析模型,利用改进型PSO对SVM中的参数进行了优化,并将获得的最优参数重建了定量分析模型。对采集的红外光谱数据分别由本算法与传统BP网络算法进行各组分气体浓度反演,实验结果显示,由于变异粒子对其产生的约束,使最优值收敛范围变小,从而提高了收敛速度,该算法建模时间仅为传统方法的1/10;由于通过气体光谱特性给出不敏感区,使特征光谱计算时交叉敏感效率降低,从而提高了模型预测的准确度,平均误差约为传统方法的1/5。由此可见,该算法在全局优化及快速收敛方面得到了显著提升,改进型PSO结合SVM用于井下多组分气体定量分析是可行的。改进型PSO-SVM算法对于多组分气体混合红外光谱数据的分离具有很好的适用性,其有一定的实际应用价值。 展开更多
关键词 多组分气体定量分析 粒子群算法 支持向量机 红外光谱
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利用2DCOS进行多组分混合气体傅里叶变换红外光谱分析中同分异构体谱峰的辨别 被引量:3
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作者 赵安新 汤晓君 +1 位作者 张钟华 刘君华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2623-2626,共4页
在利用傅里叶变换红外光谱进行混合气体定量分析中,针对烃类尤其是同分异构体等构成的混合气体其谱图特征相似、吸收峰严重交叠,不易进行特征吸收成分的判别和特征变量选择的问题,为增强谱峰分辨力,采用广义二维相关光谱和傅里叶变化红... 在利用傅里叶变换红外光谱进行混合气体定量分析中,针对烃类尤其是同分异构体等构成的混合气体其谱图特征相似、吸收峰严重交叠,不易进行特征吸收成分的判别和特征变量选择的问题,为增强谱峰分辨力,采用广义二维相关光谱和傅里叶变化红外光谱对烃类混合气体分析中同分异构体进行辨别,以异丁烷和正丁烷的红外光谱及受浓度扰动组成的光谱组为例进行二维相关红外光谱分析。通过观察全波段和主吸收峰波段单组分气体的傅里叶变换红外光谱,可知其谱图相似,吸收峰严重交叠,如果混合在一起,将基本无法辨别何种分子结构及成分。通过广义二维相关光谱的变换,其二维相关光谱的同步谱和异步谱可以清晰地辨别出异丁烷和正丁烷的特征吸收峰及其各自强度,实验结果可知,异丁烷在2 893,2 954和2977cm-1,正丁烷在2 895和2 965cm-1具有强的吸收特征谱线。分析结果初步验证了二维红外相关光谱在多组分混合气体傅里叶变换红外光谱定量分析中谱分辨率增强方面的应用。 展开更多
关键词 二维相关光谱 傅里叶变换红外光谱 谱分辨率增强 同分子异构体 多组分混合气体定量分析
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一种改进型多组分气体的Tikhonov正则化特征光谱提取方法 被引量:5
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作者 汤晓君 张蕾 +3 位作者 王尔珍 李者不 孟永鹏 刘君华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2730-2734,共5页
针对FTIR光谱分析数据计算量大,具有相同基团的多组分混合气体交叉灵敏度过高,以及在线分析过程中基线漂移等问题,提出了一种改进的TR2-1(Tikhonov 2norm-1norm)正则化特征变量提取法。该方法借鉴TR1和TR2模型的基本思想,引入谱线距离... 针对FTIR光谱分析数据计算量大,具有相同基团的多组分混合气体交叉灵敏度过高,以及在线分析过程中基线漂移等问题,提出了一种改进的TR2-1(Tikhonov 2norm-1norm)正则化特征变量提取法。该方法借鉴TR1和TR2模型的基本思想,引入谱线距离和谱线系数绝对值最小化两个约束项来保证所提取特征量的准确度,消除基线漂移所带来的影响,并结合上述两种模型建立了不适定问题的最优化求解通式。该通式有效地克服了经验法和实验法确定正则矩阵和参数所带来的误差。实验以浓度为0.01%~20%的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷和异戊烷气体为例进行了特征光谱选取。结果表明,对于浓度为0.2%的甲烷气体,其预测误差平方和仅为2.6×10-4,可决系数达到0.959 2,分析准确度高,有效增强了TR正则法的实用性。 展开更多
关键词 多组分气体定量分析 特征变量提取 TIKHONOV正则化 L曲线
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激光拉曼光谱应用于变压器油中溶解气体分析 被引量:53
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作者 陈伟根 赵立志 +2 位作者 彭尚怡 刘军 周婧婧 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第15期2485-2492,共8页
变压器油中溶解气体在线监测是实施变压器状态检修的重要手段之一。激光拉曼光谱技术能直接使用单一频率的激光对混合气体进行非接触式的测量,符合在线监测的要求。利用激光拉曼光谱对变压器油中溶解气体进行分析,能克服传统在线监测方... 变压器油中溶解气体在线监测是实施变压器状态检修的重要手段之一。激光拉曼光谱技术能直接使用单一频率的激光对混合气体进行非接触式的测量,符合在线监测的要求。利用激光拉曼光谱对变压器油中溶解气体进行分析,能克服传统在线监测方法的诸多不足。对激光拉曼光谱在变压器油中溶解气体分析中的应用进行了研究。分析了变压器油中7种主要故障特征气体(H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2)的拉曼特征频谱,并阐述了基于特征频谱和最小二乘法对7种特征气体进行定性定量分析的方法。利用共聚焦拉曼技术和镀银石英玻璃管制成的气体样品池,构建了激光拉曼光谱气体分析试验平台。结合平台研究了7种故障特征气体的拉曼光谱检测特性,并与实验室气相色谱法的测量结果进行了对比。对比结果表明,激光拉曼光谱能有效地对变压器油中溶解气体进行定量分析,为变压器油中溶解气体的拉曼光谱在线监测奠定了基础。 展开更多
关键词 油中溶解气体 拉曼光谱 变压器 多组分气体分析 石英玻璃管
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光声光谱技术应用于变压器油中溶解气体分析 被引量:45
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作者 陈伟根 云玉新 +1 位作者 潘翀 孙才新 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2007年第15期94-98,共5页
变压器油中溶解气体在线监测装置中的色谱柱和气敏传感器存在消耗被测气体和长期稳定性差等不足。光声光谱气体分析技术灵敏度高,不消耗被测气体,克服了传统油中溶解气体在线监测技术的缺点。文中对其在变压器油中溶解气体在线监测中的... 变压器油中溶解气体在线监测装置中的色谱柱和气敏传感器存在消耗被测气体和长期稳定性差等不足。光声光谱气体分析技术灵敏度高,不消耗被测气体,克服了传统油中溶解气体在线监测技术的缺点。文中对其在变压器油中溶解气体在线监测中的应用进行了研究。构建了用于变压器油中溶解气体分析的光声光谱平台,给出具有红外特征吸收峰的CH4,C2H6,C2H4,C2H2,CO和CO2这6种主要故障特征气体的特征频谱,采用加权最小二乘法对2种混合气体中的CH4,C2H6,C2H4,C2H2,CO和CO2进行了定性和定量分析。分析结果与气体各组分体积分数真实值或气相色谱仪测量值的比较表明,光声光谱技术能有效地对变压器油中溶解气体进行分析。 展开更多
关键词 变压器 光声光谱 油中溶解气体 多组分气体分析
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基于Tikhonov正则化特征光谱选择与最优网络参数选择的轻烷烃气体分析 被引量:4
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作者 汤晓君 郝惠敏 +1 位作者 李玉军 刘君华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1673-1677,共5页
特征变量选取与模型的建立是光谱定量分析的两个主要研究内容。首先讨论了Tikhonov正则化特征光谱选取算法在多组分烷烃气体分析应用中的参数确定方法,然后针对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷七种烃烷的小浓度分析,... 特征变量选取与模型的建立是光谱定量分析的两个主要研究内容。首先讨论了Tikhonov正则化特征光谱选取算法在多组分烷烃气体分析应用中的参数确定方法,然后针对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷七种烃烷的小浓度分析,从中红外吸收光谱中提取了七组特征光谱,并用这些特征光谱作为输出,用神经网络建立了七种烃烷气体的分析模型。为克服神经网络的过训练问题,提出根据误差处理的方式从多个训练好的网络中选择最优网络的网络最优参数选择法。最后给出了分析模型的标气检验结果表明,在各种烃烷气体1%范围内,提出的分析方法有效消除了各种烷烃之间的交叉敏感,交叉干扰小于0.5%;分辨率高,达20×10-6。 展开更多
关键词 多组分气体定量分析 特征光谱选择 TIKHONOV正则化 交叉敏感 神经网络
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电力装备运行状态参量拉曼光谱检测技术
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作者 万福 孙宏程 +3 位作者 李淑藩 孔维平 朱磊 陈伟根 《高电压技术》 北大核心 2025年第7期3159-3179,共21页
电力装备运行状态参量准确检测是保障电力系统安全可靠运行的关键。拉曼光谱检测技术因其可实现多组分物质同时分析、不消耗样品、快速检测等优点,在电力装备状态监测及故障诊断领域快速发展。该文综述了气体拉曼光谱(多次反射腔增强、... 电力装备运行状态参量准确检测是保障电力系统安全可靠运行的关键。拉曼光谱检测技术因其可实现多组分物质同时分析、不消耗样品、快速检测等优点,在电力装备状态监测及故障诊断领域快速发展。该文综述了气体拉曼光谱(多次反射腔增强、谐振腔增强、空芯光纤增强)、油中糠醛表面增强拉曼光谱、温度分布式光纤拉曼光谱检测技术的基本原理及研究现状,指出拉曼光谱检测技术应用于电力系统仍需解决的问题。最后,对电力装备运行状态参量拉曼光谱检测技术未来发展做出展望。 展开更多
关键词 电力装备 拉曼光谱 多组分气体分析 油中糠醛分析 温度检测
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基于拉曼光谱的锂电池热解气危险定量研究
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作者 张怡 张伟 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2024年第10期1355-1360,共6页
为了解决传统锂离子电池热失控气体检测手段存在检测周期长、易交叉干扰等问题,系统地定量研究锂离子电池热解气体潜在危险性。提出气体拉曼光谱分析技术结合多种气体安全定量分析方法,对三元锂离子电池(以下简称锂离子电池)热解气体毒... 为了解决传统锂离子电池热失控气体检测手段存在检测周期长、易交叉干扰等问题,系统地定量研究锂离子电池热解气体潜在危险性。提出气体拉曼光谱分析技术结合多种气体安全定量分析方法,对三元锂离子电池(以下简称锂离子电池)热解气体毒性及潜在燃爆危险性进行全面研究。通过建立的热失控特征气体预测模型,着重分析了不同荷电状态(25%、50%、75%、100%)下锂离子电池热失控气体浓度、气体生成量、爆炸极限、压力特性、爆炸严重程度变化规律,并结合实际场景评估电池火灾毒性。研究表明:拉曼光谱气体浓度定量模型可精准预测锂离子电池热失控气体浓度信息,H_(2)、CO_(2)和CO总浓度占热失控释放气体总量的80.31%~94.56%,最大压力、最大升压速率、爆炸指数和气体爆炸极限范围随着SOC增加呈现先减小后增大的趋势,50%SOC的锂离子电池表现出最好的气体安全性,爆炸极限范围最窄,为9.66%~25.27%,电池火灾具有灾难性毒性。 展开更多
关键词 拉曼光谱 锂离子电池 热失控 多组分特征气体分析 气体危险性定量分析
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