基于城市生活垃圾火焰辐射光谱的可燃组分在线预测新方法

提出一种基于城市生活垃圾火焰辐射光谱的典型可燃组分含量在线预测新方法。实验对象为包括3种纸,4种生物质,3种纤维,2种果皮以及3种塑料在内的15种典型可燃组分,同时测量其在不同温度下的火焰辐射光谱。基于多变量最小化方法,通过拟合某700t/d生活垃圾焚烧炉中燃烧火焰450～500nm波段内的光谱,可得到燃烧火焰的温度和发射率。利用该温度下每种可燃组分的火焰光谱,对各组分在燃烧垃圾中所占的比例进行反演。结果表明,城市生活垃圾的燃烧火焰光谱主要以粒子的热发射以及Na和K的原子发射主导;通过光谱拟合获得的温度高于热电偶测量温度;利用典型组分的火焰光谱可以很好地表征混合城市生活垃圾燃烧的火焰光谱,并获得典型组分的比例,其中瓦楞纸和木材的平均比例均超过10%,占据主导地位,塑料类的总体比例约为20%;基于各可燃组分比例计算得到的表观热值与机组功率成线性关系。文中开发的新方法能够在线并且准确地获取焚烧炉中城市生活垃圾组分信息,对改善和提高城市生活垃圾燃烧控制性能具有重要的意义。     

原子特征谱线法火焰温度测量技术研究

利用电荷耦合器件(CCD)光纤光谱仪,通过测量火焰中碱金属元素的原子特征谱线,获得了煤粉火焰温度,并实现了实验炉上的在线连续测量.比较发现光谱法与热电偶测得的火焰温度存在较大的差异.两者为不同原理的温度测量方法,不能简单地将测得的结果直接进行比较.对于煤粉火焰,光谱法测得的火焰温度为炙热碳粒表面的温度,而热电偶测得的是火焰中高温烟气的温度,光谱法的温度一般要比热电偶的温度高,偏差数值和火焰中气流的散热情况有关.     

谱线绝对强度法测量磁流体发电机中火焰温度

叙述了采用谱线绝对强度法测量均匀火焰温度的基本原理。当分光仪器所区分的光谱区间小于谱线的半宽度时,可以测出谱线的绝对强度与吸收系数,借助于维恩公式计算出火焰温度的测量值。详述光导纤维与测量对象的耦合,推出有关公式,用以计算所用透镜的焦距与直径。文中介绍采用光导纤维光路与微机测量火焰温度的系统,该系统可以实现在磁流体发电机发电过程中火焰温度的实时测量。文中还给出发电输出功率与火焰温度的测量值。     

基于光谱分析的煤粉火焰复合判据和燃烧诊断研究

该文研究了煤粉火焰辐射光谱信号，发现在煤粉锅炉中不仅不同火焰及炉墙的黑度不同，在煤粉不同燃烧阶段还存在一些特征谱线。根据是否存在这些特征谱线，以及测得的火焰黑度和火焰的光谱辐射强度可以可靠地构造火焰是否存在的判据。在350MW煤粉锅炉上的实测数据验证了这种复合判据的正确性。这可以给锅炉提供一种新的可靠的火检方法。作者还采用人工神经网络算法根据火焰的黑度和一定波段范围的辐射强度对煤粉火焰的燃烧状况进行诊断作了初步研究，结果表明可以对燃烧的不同状况进行诊断，将有助于优化燃烧。     

准东煤旋风燃烧火焰光谱分析方法

提出了一种基于主成分分析(principalcomponent analysis,PCA)分离和辐射率多项式拟合的光谱分析方法,能够从光谱仪检测信号中同时反演火焰温度、辐射率和气相Na浓度。在一台旋风炉上开展了试验研究,结果表明,准东煤旋风燃烧火焰在可见光波段满足灰性假设,火焰温度检测误差小于4%。Na的特征谱线辐射强度与气相Na离子浓度成正比例关系,可利用Na在589nm处的特征谱线反演气相Na浓度。旋风燃烧时煤灰中绝大部分的Na会挥发进入气相,配风方式对Na的释放没有影响。在旋风筒尾部气相Na向液渣和飞灰中迁移。     

变压器固体绝缘频域介电谱温度影响校正的通用模型研究

为校正温度及含水量对变压器固体绝缘频域介电谱(FDS)数据的影响,基于空间曲面拟合技术,提出了一种考虑温度及含水量协同效应的FDS数据温度校正模型。通过对4种不同含水量的油浸绝缘纸板进行变温实验,基于主曲线技术提取其平移因子,建立了含水量、测试温度以及平移因子数值的函数模型,最终得到实验室条件下用于变压器固体绝缘频域介电谱温度校正的通用模型。最后,实验结果验证了本文提出的FDS曲线温度校正方法的准确性及通用性。     

弓网电弧等离子体光谱特性实验

弓网电弧等离子体具有高温度、高能量的特点,对高速铁路弓网电接触的性能造成了威胁。基于弓网电弧模拟实验平台,利用光谱诊断法对弓网电弧等离子体进行研究。对辐射的主要特征谱线进行标识和归属,并计算弓网电弧等离子体的激发温度、转动温度、振动温度和电子密度。此外,还研究了电源输出电流对激发温度和电子密度的影响。实验结果表明,弓网电弧等离子体对接触网铜导线和浸金属碳滑板强烈的烧蚀作用会产生丰富的铜原子谱线、铁原子谱线和CN B2∑+→X2∑+谱线。同时,基于Boltzmann斜线法,发现了弓网电弧等离子体激发温度随电流的增加而增加。通过拟合电弧等离子体中CN B2∑+→X2∑+谱线,可知在30A电流条件下,弓网电弧等离子体的转动温度和振动温度分别达到6 800K和9 000K。最后,讨论了特征谱线的展宽机制,并利用Cu I 521.82nm谱线,探讨了弓网电弧等离子体的电子密度随电流的增加而上升的情况。     

基于差分进化算法的 ICP-AES 谱线重叠干扰校正方法研究

在电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测量系统中,光谱的叠加现象会导致大部分谱线受到不同程度的重叠 干扰,引起后续的定量分析误差。 根据光谱叠加产生机理,重点阐述谱线重叠干扰校正思路,建立干扰校正评价函数;基于有限 差分法计算重叠谱线的近似二阶导数,根据其极小值分布确定重叠谱线中子峰谱线特征波长的最小取值区间,并以此作为差分 进化算法的初始条件之一,然后利用差分进化算法求解评价函数的最优解,作为重叠谱线的最佳特征向量,进而解析出重叠谱 线中的干扰谱线和目标谱线。 通过构造的模拟重叠谱线数据,研究差分进化算法的种群数量和进化代数对算法性能的影响,并 通过实测重叠谱线数据验证了提出的谱线重叠干扰校正方法在工程领域中应用的可行性。 实验结果表明,差分进化算法能够 较为准确地计算出评价函数的最佳特征向量,并解析出重叠谱线中的目标谱线和干扰谱线,从而实现谱线重叠干扰校正,为待 测溶液中元素含量的定量分析奠定了基础。     

大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响,在实验室条件下,测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应,采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明,双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值,温度升高会加强空间电荷极化和转向极化,使复介电常数实部ε'和虚部ε″的频谱曲线整体上移,低频段增大幅度高于高频段;同时温度升高会减小介质的松弛极化时间,使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时,必须考虑温度的影响。     

绝缘子污秽等级的高光谱特征优化识别技术研究

为解决传统污秽检测方法对输电线路绝缘子污闪防治的局限性,采用非接触式、高分辨率的高光谱成像技术对污秽在线检测技术进行研究。为有效提取反应污秽度的光谱特征并削弱冗余与干扰信息的影响,提出一种小波包能量谱特征优化的绝缘子污秽等级识别技术。首先,对不同污秽度的绝缘子样品的光谱图像进行背景分割,提取均匀覆污区像素点光谱均值曲线;其次,对不同图像的光强均匀度差异、环境噪声进行预处理,并通过导数变换提升不同污秽等级间的可区分性。再次,对预处理后的谱线进行小波能量谱特征提取。最后,基于所提特征建立基于支持向量机(support vector machines, SVM)的污秽等级识别模型。实验结果表明,相比于采用全波段数据或PCA特征数据作为输入,基于小波能量谱特征建立的支持向量机(SVM)污秽等级识别模型对样品识别准确率达到99.8%。#$NL关键词：关高光谱成像;绝缘子污秽等级;小波包能量谱;支持向量机#$NL中图分类号：TM933     

基于OLS法及改进LM法的ICP-AES非线性标准曲线拟合方法研究

针对电感耦合等离子体原子发射光谱法( ICP-AES)分析过程中出现的元素浓度-光强关系的非线性标准曲线,提出基 于正交最小二乘法(OLS)及改进 LM(Levenberg-Marquardt)算法的标准曲线拟合方法,以实现元素浓度的准确分析。 采用二次 多项式、三次多项式、Limbek 表达式、Lwin 表达式作为标准曲线的非线性模型,以适用不同数据的分布特点。 依据各表达式在 拟合过程中的损失函数特性,对二次、三次多项式利用 OLS 法计算其最优拟合参数,对 Limbek、Lwin 表达式利用改进 LM 法得 到其最优拟合参数,实现标准曲线的拟合。 针对 Sb、Cd、Sn、Mo、Ni、Ba 元素的一系列不同浓度标准样品的光强实测数据,进行 上述方法的标准曲线拟合实验。 实验结果表明,各元素的浓度-光强数据均可拟合得到决定系数在 0. 999 以上的非线性标准曲 线,且标准曲线对于已知数据点的拟合浓度的相对误差均在±5%。     

湿热环境硅橡胶含水率的激光诱导击穿光谱检测北大核心CSCD

湿热环境中,硅橡胶含水率过高会导致复合绝缘子老化加剧及温度升高等问题,目前缺乏一种能够对运行硅橡胶绝缘子含水率带电检测的手段。文中提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的硅橡胶含水率检测方法,研究了延迟时间、激光能量等参数对于光谱质量的影响,并且比较了不同特征谱线强度与含水率的定标结果。结果表明,延迟时间为3μs时光谱质量最优,此时连续背景谱几乎衰减消失并且线性谱仍保持一定强度;激光能量较高时,水分在高温下蒸发对等离子体形态的影响程度提高,进而削弱特征谱线强度随含水率的变化趋势,激光能量为35.4、44.7 mJ时变化趋势较明显;H、O、N等元素谱线强度均与含水率之间具有一定的线性关系,其中激光能量为44.7 mJ时,O I 844.622 nm的定标结果拟合效果最好,拟合优度为0.8979,表明激光诱导击穿光谱技术能够对硅橡胶含水率进行定量分析,用于检测运行复合绝缘子的含水率,保障硅橡胶复合绝缘子的稳定运行。     

干湿两种烟气再循环方式下富氧燃烧循环流化床锅炉烟气辐射特性分析

在考虑谱线压力增宽效应的基础上,建立基于谱带通用无量纲吸收系数累积分布函数的辐射性气体宽带k累积分布模型,依据最新的气体辐射特性高分辨率光谱数据库,基于多项式对H2O和CO_2不同温度下的谱带特征参数计算式进行拟合;通过对H2O和CO_2混合气体中存在重叠的各谱带进行合并处理,建立适用于谱带通用无量纲吸收系数累积分布函数的各合并谱带等效谱带特征参数计算模型,可以直接对高浓度H2O和CO_2混合气体重叠谱带的谱带吸收系数进行计算。在此基础上,结合富氧燃烧循环流化床锅炉不同烟气再循环方式下烟气中H2O和CO_2动态计算模型,分析干、湿烟气再循环方式下烟气再循环过程、炉膛温度变化和氧气浓度变化对烟气辐射特性的影响。     

基于高光谱技术的绝缘子污秽含水量检测

绝缘子表面污秽受潮是导致闪络的关键因素之一,了解污秽的实时受潮情况对评估绝缘子绝缘状态具有重要意义。针对目前直接测量绝缘子表面污秽潮湿度存在困难的问题,提出使用无损、非接触的高光谱技术获取绝缘子表面污秽状态的实时图谱信息,进而定量检测污秽含水量的方法。首先利用高光谱成像仪对湿润的染污样本进行光谱采集(400～1 040 nm),并利用黑白校正和多元散射校正对采集到的光谱谱线进行预处理以去除噪声、散射等干扰,再采用连续投影算法数据进行降维,提取谱线的特征波段,最后分别针对全波段和特征波段建立反向传播神经网络预测模型,预测集均方根误差分别为0.110 1和0.0768。结果表明:高光谱技术可以用于非接触检测绝缘子表面污秽的含水量,并且特征波段建模的方法较全波段建模具有识别率高、计算量小的优势。将该方法用于自然积污绝缘子表面污秽含水量检测,结果准确,为绝缘子污秽度在线检测、污层电导测量以及闪络电压预测提供了新方法。     

电站锅炉炉内火焰局部光谱特征在线辩识煤种方法

在电站锅炉燃烧闭环优化控制领域,炉内测量技术非常关键却发展较慢,对煤种的在线检测与辨识是其难点之一。文中提出了一种新的基于火焰发光机理特性的煤种在线辨识方法,采用光纤光谱仪获取关键波长火焰光谱数据,利用炉膛火焰中Na、K、Li这3种碱金属元素的共振谱线强度与其在燃煤中的含量存在一定对应关系的原理,通过光谱强度间相互关系的一系列特定算法变换,确定不同煤种的特征参量,实现煤种的在线辨识。算法规则消除了温度、煤粉浓度、空气系数、风速等的影响以及测量仪器与环境因素的引入干扰,系统简单可靠,可达到实时辨识。     

硅橡胶表面硬度的激光诱导击穿光谱分析

硅橡胶材料的老化状态是输电线路运维的重点关注内容,现有研究认为硬度是表征其老化程度的重要指标之一。目前复合绝缘子的伞裙硬度主要是在停电间隙用邵氏硬度计测量,现场应用限制较大。激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种元素测量技术,利用高能脉冲激光烧蚀样品表面产生等离子体,分析等离子体光谱得到样品成分元素信息。已有LIBS研究中某些材料的表面硬度与材料特征元素的离子原子谱线强度比值以及等离子体激发温度之间存在较强的相关性,但在复合材料中这种相关性较弱,通常需要对大量谱线进行筛选以得到满足条件的谱线,且对全谱信息的利用程度不高。研究了不同氢氧化铝、白炭黑填料含量的高温硫化硅橡胶表面硬度与LIBS光谱的关系,发现表面硬度与填料含量之间具有较强的相关性,并通过主成分分析对不同硬度的硅橡胶光谱数据进行降维,结合神经网络可对不同硬度的样品进行区分。结果表明,LIBS技术与机器学习算法相结合可以准确测量硅橡胶硬度,这种方法利用了更多光谱信息,且不需要在众多谱线中寻找特征分析线,因此分析精度与速度得以提升。     

变压器油纸绝缘频域老化特性参数提取方法

为探索油纸绝缘介电损耗因数与其老化程度之间的定量关系,采用经典Davidson-Cole模型对油纸绝缘介电性能参量进行提取并对老化状态进行评估分析。需先对实测曲线进行非线性最小二乘法进行拟合,提取其中的特征参量β、τ、Δε。然后将Davidson-Cole模型中的特征参量与油纸绝缘聚合度建立函数关系,进而通过该定量关系评估绝缘纸板的老化状态。研究表明:将实验数据根据Davidson-Cole模型进行非线性最小二乘法进行拟合后,上述函数关系成立。其中随着老化时间增加,形状参数β与绝缘纸板聚合度成逆指数关系,且随着老化温度的变化,出现交叉的情况;松弛时间参数τ值与聚合度呈线性正比例关系,且随老化温度增加,斜率逐渐减小;Δε值与聚合度呈反比例关系在一定范围内Δε呈现出与温度相关性不大的特性。     

油纸绝缘等效电路参数辨识及老化状态评估

对油纸绝缘等效电路参数进行准确辨识是当前研究的一个难点。为此摒弃了传统利用恢复电压特征量对油纸绝缘等效电路建模和参数辨识方法,并提出了一种电路建模和参数辨识的新方法。恢复电压曲线含有丰富的介电弛豫响应信息,利用微分解谱得到包含介电弛豫响应信息的子谱线,分析子谱线弛豫参数与等效电路参数的关系并求解等效电路参数。该方法可以准确地确定等效电路拓扑结构,能避开复杂的方程组运算而准确辨识电路中的参数量,并可求解出各极化支路的非典型自由弛豫的线型参数。同时,对多台变压器绝缘等效电路的部分参数与油纸绝缘老化状态的关系进行了研究,结果表明:变压器绝缘状态良好时,恢复电压曲线可分解5条子谱线,线型参数较小且接近0.5;子谱线数量越多,线型参数越大,则变压器油纸绝缘老化越严重。因此,利用子谱线数量和线型参数能准确评估油纸绝缘老化状态。     

变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究

为了研究系统的老化状态和水分含量对油纸绝缘介电响应特性的影响,测量了在相同试验条件下,经过相同处理油浸纸板试样的去极化电流、频域介电谱以及含水率,获得时频域的介电响应特性曲线,利用最小二乘法、扩展Debye模型对去极化电流曲线进行拟合,分析拟合结果,得到热老化对松弛时间较长的扩展Debye支路影响较为明显;利用Davidson-Cole模型对不同老化程度及不同含水率试样的频域介电谱实测曲线进行拟合,并提取介电特性相关参数,得到松弛时间随老化程度加深和含水率的增大均呈减小趋势,此变化规律可用于对变压器油纸绝缘老化状态和含水率的评估。     

电力变压器油纸绝缘状态评估的频域介电特征参量研究

变压器油纸绝缘的水分与老化状态将直接影响到变压器的电气性能和运行寿命。为了研究水分含量和老化对油纸绝缘频域介电特性的影响规律,从而更准确地评估变压器油纸绝缘的含水量与老化状态,在实验室内制备了不同水分含量与不同老化状态的油纸绝缘样品并测试了其复电容(C*)频域谱,提出了一种利用复电容虚部(C″)评估油纸绝缘含水量与老化状态的新方法并提取了评估纸板水分含量与老化状态的频域介电特征量,初步建立了纸板水分含量及聚合度分别与频域介电特征量的量化关系。最后,通过引入"FDS曲线频率平移"方法消除温度对老化油纸绝缘样品C*频域谱的影响。结果表明:提取的频域介电特征量对纸板含水量以及老化状态变化比较敏感;通过"FDS曲线频率平移"方法得到的C*主曲线可以消除温度对C*频域谱的影响。