智能红外多组分气体分析仪

针对传统红外气体分析器存在的问题,研制了一种分光型红外多组分气体分析仪。该仪器基于Lambert Beer定律,采用光学传感器阵列技术与虚拟仪器技术,同时可探测3种气体。通过更换光学滤光片组件模块和设置相应虚拟仪器软件参数,可测量SO2、CO2、CO、NO、CH4、C2H4等30多种气体。该分析仪具有成本低、维护方便、结构可靠、功能用户自定义等特点,有广阔的应用前景。

一种新型环境空气监测仪器——GASMET多组分气体分析仪

日前,上海市环境科学学会和上海清华校友会环保节能委员会共同在沪召开了空气监测技术座谈会,邀请芬兰Temet Instruments公司和北京承天科技公司的专家,向业内同行介绍了目前在欧美被广泛应用于锅炉在线监测,垃圾焚烧、应急污染监测,以及机动车尾气污染控制研究等方面的Gasmet技术特点及其应用,并进行了现场操作演示。

改进型PSO-SVM算法对井下多组分气体定量分析的研究

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。

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

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。

一种改进型多组分气体的Tikhonov正则化特征光谱提取方法

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。

矿井煤焦气化中多组分气体传感器的设计

本次设计是基于红外线传感器技术对于煤焦气化过程中的多组分气体(如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、甲烷(CH4)等)的检测。设计适当的电子系统对传感器系统所得到的数据可以进行有效的转换、处理以及显示。用红外检测传感器实现对煤焦气化过程中的气体成分分析将会更加的智能化、微型化及高性能化。

激光拉曼光谱应用于变压器油中溶解气体分析

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。

光声光谱技术应用于变压器油中溶解气体分析

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。

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

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。

基于小波基的SVM多气体融合

为了提高气体传感器在多气体环境下的检测灵敏度,基于小波对偶框架和支持向量核函数的条件,提出了一种支持向量小波核函数。该核函数具备小波的多尺度插值特性和稀疏变化特性,提高了模型的精度和迭代的收敛速度,适用于信号的局部分析、信噪分离和突变信号的检测,从而能在提高支持向量机(SVM:SupportVectorMachine)泛化能力的同时,提高辨识效果,减少计算量。基于该核函数和正则化理论提出的最小二乘小波支持向量机用于非线性系统辨识,对sinc函数的逼近。该小波核得到的绝对误差不超过0.004;在多气体分析中,比RBF(RadialBaseFunction)核所得的偏差小18.3%。这些表明SVM小波核具有更好的泛化能力。

基于拉曼光谱的锂电池热解气危险定量研究

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。

矿井束管监测系统升级改造应用

针对杨家村煤矿“埋深浅、采高大、工作面长”的工程特点,现使用的束管监测系统,样气从采样点需要经过长距离的束管负压运输才能到达井上。长距离束管管路难维护,一旦发生漏气,检测的结果就不可靠。长距离取气需要较长的时间,一次循环周期长,连续检测的分析频度不足。且负压抽送气样易受污染,分析监测数据不准,采样能力小,日常维护成本高。系统进行升级改造,结合微型气相色谱检测技术、束管正压输气技术、数据网络传输技术等高新技术,将微型气相色谱分析技术应用到矿井安全监测领域,将监测设备布置在井下,采用正压输气方式,利用多组分气体分析仪分析气体浓度,通过网络与计算机连接传输数据;针对电脑、手机等不同的使用场景,设计专门的使用软件,方便用户随时随地操作。本次升级改造将色谱仪布置于煤矿井下应用,能够快速准确分析火灾数据,在线监控井下灾情变化趋势,自动甄别束管漏气和破损情况,自动诊断故障点等,每年可节约系统运行维护费用15万元以上。

基于PMGRA气体地球化学测量在辽东浅覆盖区找矿的可行性

气体能携带深部矿化信息沿着岩石裂隙和断裂带迁移至地表,因此气体地球化学方法可以用于寻找覆盖层以下的隐伏断裂和矿体.基于便携式多组分气体快速分析仪(PMGRA),应用气体地球化学方法对辽东地区五龙金矿区和青城子地区开展了探索性的试验研究,并辅以相应的土壤地球化学测量进行对比.结果显示,异常区气体的浓度衬值非常大;在部分气体异常区,沿着构造倾向方向,具有CO2异常峰值出现在H2S、SO2和CH4之前的特点.在辽东浅覆盖区,气体和土壤地球化学测量均能反映隐伏构造和矿体;而在覆盖较厚地区,气体地球化学测量对断裂和矿体反映更明显,受覆盖层的类型和厚度影响较小.本次试验结果初步显示了基于PMGRA气体地球化学测量方法在浅覆盖区具有一定的可行性.