基于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)的非線性氣體定量分析模型研究.pdf

1、有毒有害氣體定量分析研究對火災(zāi)現(xiàn)場決策和實施有效救援、火災(zāi)早期陰燃產(chǎn)生氣體的探測、氣體泄漏診斷和材料特性的研究有重要作用。當(dāng)前的氣體檢測技術(shù)在適用范圍、靈敏度、可靠性、抗干擾性、使用壽命、便捷和經(jīng)濟性等方面各有特點和不足。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)(FTIR)以其精度高、適用范圍廣、響應(yīng)迅速、壽命長、使用方便等特點成為氣體定量分析領(lǐng)域較為理想的檢測手段之一。設(shè)計可靠實驗系統(tǒng)并合理控制實驗過程，準確得到該類氣體的光譜數(shù)據(jù)是研究的基礎(chǔ)。同時，從

2、氣體定量分析模型角度入手，建立新的非線性定量分析模型來提高氣體檢測精度是研究的重點。
　　 搭建基于FTIR技術(shù)的氣體定量分析實驗系統(tǒng)，通過對低濃度的8組分有毒有害氣體CO、CO2、NO、NO2、SO2、HCl、HBr、HCN進行檢測。在全波段光譜范圍內(nèi)合理選擇光譜區(qū)間，去除水分和二氧化碳干擾。運用馬氏距離法篩選校正集樣本，合理選擇模型參數(shù)進行建模。最后計算每個氣體組分的測定系數(shù)R2、校正下均方根誤差RMSEC以及預(yù)測均方根誤差

3、RMSEP。
　　 為了關(guān)注紅外光譜數(shù)據(jù)與氣體濃度數(shù)據(jù)之間的非線性對應(yīng)關(guān)系，提高模型預(yù)測精度，本文通過方法組合，建立了兩種非線性模型：多項式偏最小二乘法PPLS和偏最小二乘結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法PLS-BP。為了比較非線性模型之間擬合性能和預(yù)測性能，又引入最小二乘支持向量機算法LS-SVR。分別將三種模型與經(jīng)典線性模型：偏最小二乘PLS和經(jīng)典最小二乘CLS作對比，分析了各種模型的擬合性能、對氣體各組分濃度預(yù)測能力以及模型本身難易程度

4、。從校正均方根誤差RMSEC來看，非線性模型PPLS、PLS-BP、LS-SVR模型的擬合性能明顯高于經(jīng)典線性模型CLS和PLS。其中以PLS-BP模型的擬合性能最佳，其每個組分的RMSEC值達到了4ppm以下。從測定系數(shù)R2宋分析校正模型對驗證集的預(yù)測性能。在對非線性程度高、內(nèi)部組分干擾性強的氣體建模時，非線性模型PPLS、PLS-BP、LS-SVR模型預(yù)測性能要高于經(jīng)典線性模型CLS和PLS，對各組分的預(yù)測測定系數(shù)R2值都能達到0.