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(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)決策和實(shí)施有效救援、火災(zāi)早期陰燃產(chǎn)生氣體的探測(cè)、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(cè)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(jì)性等方面各有特點(diǎn)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(zhǎng)、使用方便等特點(diǎn)成為氣體定量分析領(lǐng)域較為理想的檢測(cè)手段之一。設(shè)計(jì)可靠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并合理控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程，準(zhǔn)確得到該類氣體的光譜數(shù)據(jù)是研究的基礎(chǔ)。同時(shí)，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(lái)提高氣體檢測(cè)精度是研究的重點(diǎn)。
　　 搭建基于FTIR技術(shù)的氣體定量分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)低濃度的8組分有毒有害氣體CO、CO2、NO、NO2、SO2、HCl、HBr、HCN進(jìn)行檢測(cè)。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(yùn)用馬氏距離法篩選校正集樣本，合理選擇模型參數(shù)進(jìn)行建模。最后計(jì)算每個(gè)氣體組分的測(cè)定系數(shù)R2、校正下均方根誤差RMSEC以及預(yù)測(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，提高模型預(yù)測(cè)精度，本文通過(guò)方法組合，建立了兩種非線性模型：多項(xiàng)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(cè)性能，又引入最小二乘支持向量機(jī)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(duì)比，分析了各種模型的擬合性能、對(duì)氣體各組分濃度預(yù)測(cè)能力以及模型本身難易程度

4、。從校正均方根誤差RMSEC來(lái)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(gè)組分的RMSEC值達(dá)到了4ppm以下。從測(cè)定系數(shù)R2宋分析校正模型對(duì)驗(yàn)證集的預(yù)測(cè)性能。在對(duì)非線性程度高、內(nèi)部組分干擾性強(qiáng)的氣體建模時(shí)，非線性模型PPLS、PLS-BP、LS-SVR模型預(yù)測(cè)性能要高于經(jīng)典線性模型CLS和PLS，對(duì)各組分的預(yù)測(cè)測(cè)定系數(shù)R2值都能達(dá)到0.