【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤质检测分析，更具体地，涉及一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法及系统。
技术介绍
1、工业上使用工业分析法和元素分析法来确定煤的化学组成。其中，工业分析法需要将样品放置于加热炉内通过加热进行检测，弊端在于检测耗时长且无法进行元素分析。目前可用的元素分析方法包括x射线荧光(xrf)，瞬发伽马中子活化分析(pgnaa)等。该类方法优点在于能实现无损检测，缺点在于精度低、成本高和具有辐射风险等，无法满足煤炭行业的实际需求。
2、将激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy，简称libs)用于煤炭检测时，由于除了煤炭固有的异质性，煤炭还具有挥发性成分，导致激光烧蚀待测样品时挥发性成分析出，从而增大了煤炭的基体效应，降低了煤炭定量精度。2021年，华南理工大学的董美蓉研究员探究了煤中挥发分对等离子体的影响，并认为挥发成分的含量对煤等离子体中元素的时空特性有较大的影响。目前，常用的改进方法包括样品预处理、数据处理、技术联用等。2022年lu等人提出一种基于小波阈值去噪和交叉验证递归特征消除的混合模型，通过从去噪频谱中提取有效特征，提高libs定量分析煤炭的准确率和精密度。
3、目前，中国专利文献cn102313722a公开了一种基于多元线性回归的煤质工业分析方法，主要通过提取光谱具有显著贡献的相关元素，利用多元回归方程计算工业分析指标；cn111044504a公开了一种考虑激光诱导击穿光谱不确定性的煤质分析方法，主要通过将每个样品的多幅光谱分成
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法及系统，通过有效获取等离子体演变信息，并通过等离子体的时空演化过程中包含的丰富的元素迁移、等离子体参数衰减等动力学关键特征，来深度挖掘等离子体演变特性，并进一步提高燃煤品质定量检测精度。
2、为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，包括以下步骤：
3、s1基于多个待测样品的全波段光谱，获取每个待测燃煤样品中多种关键元素分别对应的特征谱线；
4、s2基于所述特征谱线构建时空光谱图像；
5、s3获取所述时空光谱图像的形态学特征，并基于所述形态学特征分别获取所述特征谱线的演变趋势；
6、s4基于所述演变趋势构建定量模型，并基于所述定量模型检测待测样品的品质。
7、进一步的，在步骤s1之前先采集所述全波段光谱，采集方法包括：设置多个不同延时，采用正交实验方法分别采集每个延时下多个不同离焦量所对应的光谱。
8、更进一步的，所述延时位于0μs至15μs范围内。
9、更进一步的，所述离焦量位于-5mm至5mm内。
10、更进一步的，步骤s1中，先采用人工选择方法选取初步特征谱线，再利用特征选择方法从初步特征谱线中获取所述特征谱线。
11、进一步的，步骤s3中，获取所述形态学特征的方法至少包括：灰度共生矩阵方法和方向梯度直方图方法。
12、进一步的，步骤s2中，还将所述时空光谱图像降维至1维图像特征。
13、进一步的，基于所述演变趋势构建定量模型的方法为：采用偏最小二乘法将所述演变趋势与待测燃煤样品的待测品质指标拟合为一次线性拟合关系。
14、进一步的，每个待测燃煤样品中多种关键元素至少包括：c、h、o、n、si、al、fe、ca、k、mg和ti。
15、根据本专利技术的另一个方面，还提供一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测系统，包括：
16、特征谱线获取模块，用于基于多个待测样品的全波段光谱，获取每个待测燃煤样品中多种关键元素分别对应的特征谱线；
17、时空光谱图像构建模块，用于基于所述特征谱线构建时空光谱图像；
18、演变趋势获取模块，用于获取所述时空光谱图像的形态学特征，并基于所述形态学特征分别获取所述特征谱线的演变趋势；
19、定量模型构建及检测模块，用于基于所述演变趋势构建定量模型，并基于所述定量模型检测待测样品的品质。
20、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下优点：
21、1.本专利技术通过多个待测样品的全波段光谱获取每个待测燃煤样品中多种关键元素分别对应的特征谱线，通过获取同种样品的多维指纹光谱信息构成演化光谱，增加了燃煤样品间的差异性，能够提高燃煤样品光谱信息的全面性，从而显著提升了光谱信号丰度，进一步有效提高了对燃煤样品定量分析的预测精度。
22、2.本专利技术通过采集不同延时和不同空间位置下多维度的等离子体光谱信号，将瞬态光谱信号扩充为具有等离子体演变信息的动态光谱信号，对等离子体动力学行为进行更详细的描述，通过获得的时空光谱图像揭示了等离子体中元素谱线和元素分布的演变趋势及各种元素谱线在时间和空间双重维度下的相关性，从而更准确地分析了基体效应对等离子体光谱的影响；同时还通过提取的等离子体演化因子(即演变趋势)，补偿并校正了等离子体光谱基体效应的影响，进而提升了燃煤品质检测的精准度。
23、3.本专利技术中结合激光诱导击穿光谱技术使得燃煤品质检测具有优良的分析性能，基于燃煤定量分析结果能够指导燃煤燃烧过程参数调整，进一步提高燃煤燃烧效率。
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1.一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，在步骤S1之前先采集所述全波段光谱，采集方法包括：设置多个不同延时，采用正交实验方法分别采集每个延时下多个不同离焦量所对应的光谱。
3.如权利要求2所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，所述延时位于0μs至15μs范围内。
4.如权利要求2所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，所述离焦量位于-5mm至5mm内。
5.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，步骤S1中，先采用人工选择方法选取初步特征谱线，再利用特征选择方法从初步特征谱线中获取所述特征谱线。
6.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，步骤S3中，获取所述形态学特征的方法至少包括：灰度共生矩阵方法和方向梯度直方图方法。
7.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方
8.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，基于所述演变趋势构建定量模型的方法为：采用偏最小二乘法将所述演变趋势与待测燃煤样品的待测品质指标拟合为一次线性拟合关系。
9.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，每个待测燃煤样品中多种关键元素至少包括：C、H、O、N、Si、Al、Fe、Ca、K、Mg和Ti。
10.一种能实现如权利要求1-9任意一项所述的燃煤品质快速检测方法的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，在步骤s1之前先采集所述全波段光谱，采集方法包括：设置多个不同延时，采用正交实验方法分别采集每个延时下多个不同离焦量所对应的光谱。
3.如权利要求2所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，所述延时位于0μs至15μs范围内。
4.如权利要求2所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，所述离焦量位于-5mm至5mm内。
5.如权利要求1所述的一种基于时空融合光谱的燃煤品质快速检测方法，其特征在于，步骤s1中，先采用人工选择方法选取初步特征谱线，再利用特征选择方法从初步特征谱线中获取所述特征谱线。
6.如权利要求1所述的一种基...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭连波，牛雪晨，管飞宇，李子轩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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