[发明专利]一种基于大数据库辨识的水泥特性分析方法

摘要

一种基于大数据库辨识的水泥特性分析方法。该方法采用激光诱导击穿光谱技术，在不同实验设置下对定标样品进行数据采集，从而建立一个多维度的定标样品谱线强度大数据库；对未知样品进行检测时，则在与定标样品相同的多种实验设置下采集光谱数据，从不同维度对待测样品进行辨识，根据辨识结果直接得到或者代入定标模型中计算得到待测水泥样品的特性；该方法基于水泥光谱特性，根据三率值的计算原理，从光谱中选择特定的谱线比值用于辨识；结果显示该方法能够显著提高未知样品辨识的准确度，从而减少激光诱导击穿光谱测量的不确定度。

主权项

1.一种基于大数据库辨识的水泥特性分析方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)首先使用各种特性已知的n种水泥生料样品作为定标样品，利用激光诱导击穿光谱系统，对每种定标样品采用不同实验条件分别进行检测：设置激光波长为λ，激光能量为A，延迟时间为B，激光聚焦的斑点直径为C，其中，λ包括1064nm、532nm、266nm、193nm；70mJ≤A≤130mJ，0.5μs≤B≤3μs；300μm≤C≤1000μm；多次改变λ、A、B和C中至少一种参数的值，共得到p种设置；2)对于p种设置中任一种设置下每种定标样品重复击打t次，得到n种定标样品的t×n个特征光谱，从每个特征光谱中得到定标样品内各种元素的特征谱线强度矩阵；对第j种定标样品得到特征光谱的谱线强度矩阵：其中，表示第j种定标样品中第i种元素的第l条特征谱线对应的谱线强度，i＝1，2，…，k；j＝1，2，…，n；l＝1，2，…，mk为元素的种数；n为定标样品的种数；m为某种元素对应的特征谱线的数目；从谱线强度矩阵Ej中选出元素Si、Al、Fe、Ca四种元素的所有特征谱线，并得到e个谱线强度比Ca/Si、Al/Si、Fe/Si和Al/Fe；将以上四种元素的e个谱线强度比组成谱线强度比矩阵Gj，表示如下：其中，表示第j种定标样品的第g个谱线强度比；在p种设置中任一种设置下，计算每一种谱线强度比的均值和方差，得到谱线强度比均值矩阵和谱线强度比方差矩阵F^j：其中，表示t个第g种谱线强度比的均值，表示t个第g种谱线强度比的方差；g＝1，2，…，e；3)重复步骤2)，得到包含p种设置下n种定标样品的t×n×p个特征光谱的特征光谱大数据库，计算特征光谱大数据库中e个谱线强度比的均值和方差；特征光谱大数据库中包含的n种定标样品称为定标样品库；4)以各种特性已知的n种定标样品中某一种特性作为目标特性，在p种设置中每一种设置下，利用基于主导因素的偏最小二乘方法对定标样品的目标特性分别建立定标模型；定标模型的表达式如下：其中，Rg表示第g个谱线强度比，dg、b为通过多变量定标方法拟合确定的常数；5)以各种特性未知的一种水泥生料样品为待测样品，首先使用激光诱导击穿光谱系统在p种设置下检测待测样品，对于p种设置中任一种设置下的待测样品，由s次重复击打得到的s个特征光谱，计算e个谱线强度比Ca/Si、Al/Si、Fe/Si和Al/Fe中每一个谱线强度比的均值和方差，得到待测样品的均值矩阵和方差矩阵F^x：其中，表示s个的均值；表示s个的方差；令：对于每一个谱线强度比都可以计算得到一个z值；针对不同的谱线强度比选择不同的阈值z0，2≤z0≤4；若所有的特征谱线都满足z＜z0，则认为在当前设置下，待测样品与定标样品库中第j种样品的特征光谱没有显著差异；6)重复步骤5)，在p种设置下，检验待测样品与定标样品库中任一种定标样品的特征光谱之间的差异性，若在p种设置下，待测样品与定标样品库中第j种样品的特征光谱都没有显著差异，则最终确定待测样品和定标样品库中第j种样品是同一种样品；直接得到待测样品的目标特性的值，否则利用步骤4)中的定标模型计算目标特性的值。