[发明专利]一种基于近红外光谱监测流化床干燥过程状态的方法

说明书

本发明属于工业过程检测领域，涉及一种基于近红外光谱监测流化床干燥过程状态的方法。本发明是利用配有漫反射式探头的近红外光谱分析仪，搭建流化床干燥过程在线监测实验平台，从而实时原位测量流化床干燥过程干燥状态近红外光谱数据。首先对光谱数据和参考数据进行采集，其次对测量到的近红外光谱数据进行预处理操作，然后对建立全局模型和局部模型，以此来构建切换模型，并使用网格搜索和交叉验证的方法对模型参数进行选择，最后，通过外部实验验证建立模型的有效性，由此实时检测干燥过程的干燥状态。本发明能够达到自动快速检测流化床的干燥状态，便于实际工业应用和推广。

技术领域

本发明属于工业过程检测领域，涉及一种基于近红外光谱监测干燥过程含水量的方法，具体是基于近红外光谱分析技术实时测量流化床干燥过程干燥状态和干燥终点的方法。

背景技术

流化床干燥工程广泛用于医药、食品、石油化工等生产行业。干燥过程的参数主要分为进出口空气温度，进出口空气湿度和进口空气流量等。工程应用中主要通过调控这些参数对流化床干燥过程进行控制和优化。目前仅进出口空气温度和流量可以实现较为准确的在线测量，然而对于干燥产品的状态仍主要采用离线的测量技术，耗时较长，难以进行实时检测。

近红外光谱技术具有对不同物质组分的敏感性较好、非侵入检测等优点，近年来越来越多地用于流化床干燥过程物质含量的检测，相对于离线检测的技术有较好的实时性。近红外的谱段范围为780nm～2500nm，可以反映分子中含氢基团(如C-H,N-H,O-H)振动的合频与倍频特征信息，水分子含有氢基团可以通过近红外光谱强度反映水分的含量，因此近红外光谱技术适合分析流化床干燥过程中水分含量。

目前，虽然近红外光谱技术开始应用于对流化床干燥过程的检测，但由于测量误差等影响，造成测量精度并不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对流化床干燥过程中产品的含水量和干燥状态测量的问题，传统的方法是利用近红外光谱技术建立全局模型进行检测，而全局模型对于复杂的流化床干燥过程难以建立一个精确的检测模型。

为解决上述问题，本发明系统地提出如何对流化床干燥状态测量的技术方法，并进行了解释说明。

本发明是利用配有漫反射式探头的近红外光谱分析仪，搭建流化床干燥过程在线监测实验平台，从而实时原位测量流化床干燥过程的近红外光谱数据，并传输给计算机，根据建立的切换模型进行预测。首先需要对光谱数据和参考数据进行采集，其次对测量的近红外光谱数据进行预处理操作，然后全局模型和局部模型来组建切换模型，并使用网格搜索和交叉验证的方法对模型参数进行选择，最后，通过外部实验验证建立模型的有效性，由此定量分析流化床干燥状态。本发明的流程如图1所示。

本发明的技术方案如下：

一种基于近红外光谱监测流化床干燥过程状态的方法，步骤如下：

(1)近红外光谱数据和参考数据的采集

在流化床干燥过程中，利用近红外光谱分析仪实时采集产品的近红外光谱数据，选用光学性质稳定的介质作为参考背景，每次采样检测的近红外光谱数据由仪器测量的表观光谱与参考背景的差谱得到，通过背景差减的方式去噪，以消除噪声引起的测量误差。

在测量干燥的产品近红外光谱数据的同时，对干燥的产品进行取样，然后测量水分含量作为参考数据。

(2)近红外光谱数据的预处理

为了消除环境条件变化对光谱测量带来的扰动，在建模之前，需要对近红外光谱的数据进行预处理来消除无关信息和噪声。

将步骤(1)采集到的近红外光谱数据写成光谱数据矩阵，矩阵中的每一行为一条测试样品的光谱，矩阵中的每一列为近红外光的某一波长下不同样品的吸收值，采用标准化的光谱预处理方法消除环境条件变化对光谱测量带来的扰动：