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原文传递一种基于径向基神经网络的CO2高温气体浓度检测方法

专利名称：	一种基于径向基神经网络的CO2高温气体浓度检测方法
摘要：	本发明公开了属于气体浓度检测技术领域的一种基于径向基神经网络的CO2高温气体浓度检测方法；该方法通过可调谐半导体激光器发射激光，使激光穿过待测气体，在另一侧接收激光信号，将接收到的激光信号进行移动平均滤波。将未被气体吸收的激光拟合出激光原始信号，被吸收的激光与原始信号进行对比。由被吸收的激光与原始激光信号的差异信号中提取出反映CO2气体浓度的5个统计特征参数：均值、标准差、偏差平方和、变异系数和最大偏差，归一化处理后作为RBF神经网络的输入，CO2气体浓度作为RBF神经网络输出，建立不同浓度下的RBF神经网络气体浓度检测模型，实现CO2气体浓度的准确测量及误差分析；快速易行，具有工程应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	大唐长山热电厂
发明人：	李云龙;盛伟岸;徐国辉;韩晓娟;张文彪
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910144354.6
公开号：	CN109724941A
代理机构：	北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：	张文宝
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	138000 吉林省松原市前郭县长山镇
主权项：	1.一种基于径向基神经网络的CO2高温气体浓度检测方法，其特征在于，包括：步骤1：由函数信号发生器、激光控制器、半导体激光器、准直器、气体吸收池、凸透镜、探测器、前置放大器和信号采集卡串联组成基于可调谐半导体激光器的CO2气体浓度测量系统；在气体吸收池上设置CO2、N2进口和废气吸收口；步骤2：通过可调谐半导体激光器发射激光信号，使激光束穿过待测气体，由光电探测器和信号采集卡采集不同气体浓度下的激光光谱信号，并将接收到的激光光谱信号进行移动平均滤波；步骤3：CO2气体只吸收特定频率下的激光光谱信号，由未被吸收部分的激光光谱信号拟合得到原始激光光谱信号，计算被吸收部分的光谱信号与原始光谱信号的差值，从该差值信号中提取反映CO2气体浓度的5个统计特征参数；步骤4：将上述特征参数经过归一化处理后作为RBF径向基神经网络的输入，CO2气体浓度作为RBF神经网络的输出，建立基于RBF神经网络的CO2气体浓度测量模型，选取训练样本进行网络训练；步骤5：将不同气体浓度下的测试样本输入训练好的RBF神经网络，实现CO2气体浓度测量，并计算测量误差。 2.根据权利要求1所述的一种基于径向基神经网络的CO2高温气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤1中具体实验过程包括： 1)将纯氮气作为零气通过气路通入气体吸收池一段时间，以排尽吸收池内的杂气，然后将配置的特定浓度的CO2气体通过气路通入气体吸收池，实验前连续通气20分钟以上，保证吸收池充满待测气以备测量； 2)激光控制器通过控制函数信号发生器提供工作所需的温度和电流，通过改变输入激光器的调制电流大小，驱动激光器对气体吸收谱线在频域上进行扫描； 3)激光器输出光束通过光纤准直器通过气体吸收池内的待测介质，被特定浓度的CO2气体介质吸收透射后，透射光被光电探测器接收，经前置放大电路转化并放大处理，最后通过数据采集卡采集至计算机。 3.根据权利要求1所述的一种基于径向基神经网络的CO2气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤2中激光光谱信号的移动平均滤波平滑过程包括：由于外界环境变化等因素导致采集到的激光信号产生噪声，采用移动平均值法对采集到的激光光谱信号进行平滑处理；移动平均滤波原理：以当前元素及其前一个元素为中心，求取相邻元素(窗口长度L＝100)移动窗口内各元素平均值，平滑滤波后第n个点的计算公式如下：式中，x(n)为第n个点的激光光谱信号电压值(V)；t的取值区间为[n-49,n+50]。 4.根据权利要求1所述的一种基于径向基神经网络的CO2气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤3中，通过对CO2吸收光谱特性分析，从接收到的激光信号与原始激光的偏差中提取均值、标准差、偏差平方和、变异系数和最大偏差等5个统计特征参数的具体过程为 ①均值(meanPk)：表示CO2浓度为k时接收到的激光信号与原始激光的偏差均值；式中，N代表了接收到的激光信号与原始激光的偏差的总点数；Pi表示各采样点下接收到的激光信号与原始激光的偏差值； ②标准差(stdPk)：表示CO2浓度为k时接收到的激光信号与原始激光的偏差下标准差统计量； ③偏差平方和(ssePk)：表示CO2浓度为k时接收到的激光信号与原始激光偏差值离散程度的一个指标，其值越接近于0，说明CO2吸收的光信号较少； ④变异系数(cvPk)：表示CO2浓度为k时接收到的激光信号与原始激光的偏差值的变异系数； ⑤最大偏差(devPk)：指CO2浓度为k时接收到的激光信号与原始激光偏差的最大值。 devPk＝max(Pi)。 5.根据权利要求1所述一种基于径向基神经网络的CO2气体浓度检测方法，其特征在于，所述步骤5中的测量误差RMS计算公式为其中，Φpre为预测值，Φm为实测值。
所属类别：	发明专利