[发明专利]一种基于小波变换的煤质特性测量方法

摘要

一种基于小波变换的煤质特性测量方法，首先采用LIBS系统对煤质特性已知的煤炭定标样品进行检测，然后对检测得到的LIBS光谱进行小波去噪处理并得到处理后的小波系数，利用处理后的小波系数作为自变量、以定标样品的煤质特性数值作为因变量建立偏最小二乘定标模型；将待测样品的LIBS光谱同样进行小波去噪并将小波系数代入偏最小二乘定标模型中即可计算待测样品中煤质特性结果。该方法利用小波工具将环境噪声和背景噪声从原始信号中分离出来，减少了噪声对LIBS分析的干扰，增加了特征谱线的信噪比并且提高了定标模型的测量精度。

主权项

1.一种基于小波变换的煤质特性测量方法，其特征是该方法包括了如下步骤：1）以煤质特性参数值已知的一组煤炭样品作为定标样品，各定标样品的煤质特性参数值记为C₁、C₂、C₃……；2）从步骤1）中一组定标样品中任选一种，利用激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该定标样品的特征光谱图，特征光谱图中包括该定标样品中各元素的特征谱线强度数据以及由环境噪声和连续的背景噪声组成的谱线强度数据；3）对特征光谱图中的谱线强度数据进行第一次小波变换，得到小波系数如下式所示，W(a,b)=<f(t),ψa,b(t)>=1a∫Rf(t)ψ*(t-ba)dt---(1)]]>其中，W(a,b)即为小波系数，表示了原函数在小波基上的投影，t为积分变量；f(t)为特征光谱图中的谱线强度数据构成的原函数，ψ_a,b(t)为小波函数，ψ^*表示小波函数的共轭函数，a为小波函数的缩放参数，b为小波函数的平移参数；小波系数数列的结构如下:E=W₁,W₂,W₃,…W_m      （2）其中m表示小波系数的个数；4）对步骤3）得到的小波系数数列进行去噪处理，具体过程如下:a.对于小于设定阈值的小波系数置零，设定阈值与通用阈值有关，通用阈值的计算公式如下：thr=σ2lnN---(3)]]>其中，thr为通用阈值，σ为谱线强度数据点的标准差，N为数据点的个数；设定阈值为通用阈值的0.4～0.6倍；b.对经过步骤a处理后的小波系数进行重构，得到去除环境噪声后的特征光谱谱线强度数据；c.对去除环境噪声后的特征光谱数据进行第二次小波变换，第二次小波变换得到的小波系数的低频部分置零，去除特征光谱数据点的连续背景噪声成分；5）由步骤4）处理后得到的小波系数组成去噪后的小波系数矩阵,去噪后的小波系数矩阵的结构如下：E′=(W′₁ W′₂ W′₃ … W′_n)      （4）其中n表示去噪后小波系数的个数；对一组定标样品中每一种定标样品重复步骤2）、步骤3）和步骤4），得到k种定标样品的去噪后的小波系数矩阵如下：将各定标样品的煤质特性参数值组成矩阵F₀，矩阵F₀的结构如下：F₀=(C₁ C₂ C₃ … C_i)^T      （6）其中，C_i表示第i种定标样品的煤质特性参数值，i=1,2,…,k；T为矩阵的转置；以矩阵E₀为自变量矩阵，矩阵F₀为因变量矩阵进行偏最小二乘法回归建模，求得因变量矩阵F₀在t₁，…，t_j上回归方程为：F₀=t₁r′₁+…+t_jr′_j+F_j      （7）其中，t₁，…，t_j表示偏最小二乘法提取出来的主成分，j取正整数，r′₁,r′₂,r′₃,…,r′_j为回归系数，F_j为残差；6）对于煤质特性参数值未知的待测样品，首先利用激光诱导等离子光谱系统得到该待测样品的特征谱线强度数据；然后按照步骤2）到步骤4）得到该待测样品去噪后的小波系数矩阵，最后将去噪后的小波系数矩阵代入回归方程（7）中，即求得待测样品的煤质特性参数值。