一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法，属于煤矿煤自燃火灾特征气体检测领域。该方法为，接收经过待测气体的加载有气体浓度信息的激光信号，并对其进行预处理；对预处理后的信号进行谐波检测得到谐波检测信号；通过小波变换获得谐波检测信号各小波的功率谱；将得到的各功率谱与标准功率谱进行特征对比获得相似度；将相似度加权合并得到总相似度，并对总相似度进行拟合获得乙烯气体的浓度信息。本发明专利技术能够有效分离甲烷吸收峰对乙烯检测的交叉干扰，提高激光乙炔传感器检测灵敏度，保障激光乙烯传感器在煤矿采空区火灾检测应用中的可靠性。检测应用中的可靠性。检测应用中的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法


[0001]本专利技术属于煤矿煤自燃火灾特征气体检测领域，涉及一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法。

技术介绍

[0002]采空区自燃发火是煤矿火灾的主要类型之一，约占煤矿煤自燃火灾的60％，严重威胁煤矿的安全生产。煤自燃监测预报技术是控制采空区自然发火的重要手段，2016年初，国家煤矿安全监察局《关于加强煤矿采空区安全防范工作的通知》进一步指出：开采容易自燃和自燃煤层的煤矿，应建立采空区自然发火监测监控系统，并采取综合防灭火措施，防止采空区发火。目前对采空区自燃发火预报普遍采用的是“束管+色谱仪”监测方式，俗称束管监测系统。其中色谱仪是该系统的关键设备，由于其设备复杂度高、体积大，在煤矿井下安装使用不便，且安全性差，因此业内普遍采用地面安装方式，但该方式存在抽气管路长、易出现堵塞、漏气、断管，监测数据可信度差、系统维护量大等问题。
[0003]基于可调谐激光光谱吸收的检测技术是近几年发展起来的一种新型气体检测技术，具有可靠性高、准确性好、功耗低等特点，正逐渐成为气体浓度检测的主流技术。乙烯是煤矿采空区煤自燃火灾重要的特征气体，是煤自燃火灾早期预报中采用的关键参数，采空区乙烯监测的灵敏度要求高，分辨率1ppm且存在较高浓度甲烷的交叉干扰。
[0004]TDLAS激光气体传感技术采用DFB激光器作为激光光源，通过激光器驱动电流控制将较低频率ν1的锯齿波信号和较高频率ν2的正弦波信号加载到激光器输出光信号f0(x)中。激光器输出的光信号在气室中传输，气室中的气体吸收与其吸收峰波长对应的光强，将乙烯浓度信息加载到光信号f1(x)中，通过光电探测器将加载有气体浓度信息的光信号转变为电信号输入到信号处理单元。
[0005]采用TDLAS原理的激光气体传感技术逐步在煤矿有毒有害气体检测领域得到推广应用，并取得了良好的应用效果，受到了行业内的广泛关注。采用TDLAS原理的激光气体传感技术采用窄线宽的半导体激光光源，具有气体选择性好，测量稳定性高的技术特点。TDLAS谐波调制解调技术在降低信号噪声方面发挥着重要的作用，如何在此基础上进步提高乙烯识别的准确性，并有效分离甲烷吸收峰是激光乙烯传感器需要解决的重要问题，因此乙烯光谱吸收信号的识别和分析方法是提高激光乙烯传感器性能的核心要点。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法，提高激光乙烯传感器的检测灵敏度，保障激光乙烯传感器在煤矿采空区火灾检测应用中的可靠性。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法，其包括以下步骤：
[0009]S1、接收经过待测气体的加载有气体浓度信息的激光信号f1(x)，并对其进行预处
理；
[0010]S2、对预处理后的信号f2(x)进行谐波检测得到谐波检测信号f3(x)；
[0011]S3、通过小波变换获得谐波检测信号f3(x)各小波的功率谱；
[0012]S4、将步骤S3得到的各功率谱与标准功率谱进行特征对比获得相似度；
[0013]S5、将步骤S4得到的相似度加权合并得到总相似度，并对总相似度进行拟合获得乙烯气体的浓度信息。
[0014]进一步地，步骤S1中，对信号进行预处理包括：对加载有气体浓度信息的信号f1(x)进行数字高通滤波，消除低频的锯齿波扫描信号，保留高频正弦波调制信号，得到加载有气体浓度信息的正弦波信号f2(x)。
[0015]进一步地，步骤S2具体为：将预处理后的正弦波信号f2(x)与另一正弦波信号进行对应相乘后再进行包络检波，得到加载有气体浓度信息的谐波检测信号f3(x)。其中，另一正弦波信号的频率为正弦波信号f2(x)的频率的2倍。
[0016]进一步地，步骤S3具体为：对谐波检测信号f3(x)进行若干层小波分解，得到小波分解信号，并对小波分解信号进行小波变换获得各小波分解信号的功率谱。
[0017]进一步地，步骤S4中的标准功率谱为，在只存在气体吸收情况下获得的功率谱。
[0018]本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过小波变换对激光乙烯传感器的光谱吸收信号进行处理，能够有效分离甲烷吸收峰对乙烯检测的交叉干扰，实现了激光乙烯传感器乙烯浓度信号的准确测量，提高了激光乙烯传感器的检测灵敏度，保障激光乙烯传感器在煤矿采空区火灾检测应用中的可靠性。
[0019]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0021]图1为本专利技术乙烯检测信号识别方法的过程示意图；
[0022]图2为加载有气体浓度信息的正弦波信号；
[0023]图3为谐波检测信号；
[0024]图4为小波分解示意图。
具体实施方式
[0025]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]图1所示为本专利技术提出的基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法，其具体内容如下：
[0027]S1、启动信号识别，将加载有乙烯光谱吸收的TDLAS波长扫描光强信号f1(x)输入到识别算法中；
[0028]S2、对信号f1(x)进行数字高通滤波，消除低频的锯齿波扫描信号，保留高频正弦波调制信号，得到加载有气体浓度信息的正弦波信号f2(x)，如图2所示；
[0029]S3、将预处理后的正弦波信号f2(x)与另一正弦波信号进行对应相乘后再进行包络检波，得到加载有气体浓度信息的谐波检测信号f3(x)，如图3所示。其中，另一正弦波信号的频率为正弦波信号f2(x)的频率的2倍；
[0030]S4、对谐波检测信号f3(x)进行若干层小波分解，得到小波分解信号，并对小波分解信号进行小波变换获得各小波分解信号的功率谱；将各功率谱与标准功率谱进行特征对比获得相似度；再对相似度加权合并得到总相似度；其中标准功率谱为，在只存在气体吸收情况下获得的功率谱；
[0031]以本实施例为例，对谐波检测信号进行3层小波分解，如图4所示，在第3层小波分解层上得到8个小波分解信号，分别为f1′
(x)，f2′
(x)，
…
，f8′
(x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小波变换的激光乙烯传感器信号识别方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、接收经过待测气体的加载有气体浓度信息的激光信号f1(x)，并对其进行预处理；S2、对预处理后的信号f2(x)进行谐波检测得到谐波检测信号f3(x)；S3、通过小波变换获得谐波检测信号f3(x)各小波的功率谱；S4、将步骤S3得到的各功率谱与标准功率谱进行特征对比获得相似度；S5、将步骤S4得到的相似度加权合并得到总相似度，并对总相似度进行拟合获得乙烯气体的浓度信息。2.根据权利要求1所述的信号识别方法，其特征在于：步骤S1中，对信号进行预处理包括：对加载有气体浓度信息的信号f1(x)进行数字高通滤波，消除低频的锯齿波扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书林，郭清华，伍玉山，郑芳菲，王尧，王博文，陆萍，周德胜，吴科，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：