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煤粉水分在线测量系统研究

作　者: 田立本
导　师: 尹王保
学　校: 山西大学
专　业: 物理电子学
关键词: 近红外光谱煤粉多元散射校正 MSP430
分类号: TQ533.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
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内容摘要

煤中的水分含量是一项重要煤质指标,它在煤的生产、贸易、加工利用以及基础理论研究中具有重要作用。因此,准确、快速、简便的测量煤水分成为亟待解决的问题。近红外光谱测量技术具有连续、非接触、大面积测量及速度快等优点,适用于工业流程中对水分的在线检测。本文首先对近红外光谱技术的相关测量原理及数据处理方法进行了介绍,对近红外方法测量物质水分做了方法论的研究。在试验室开发了一套水分在线测量的研究系统,并对其性能进行优化。我们着重对煤粉中的水分进行了研究,得到了很好的实验结果:水分的测量精度可以达到0.39%。最后,根据实验设计了一种基于MSP430单片机的水分分析仪。论文就以上内容分四章进行阐述。第一章为绪论部分,首先介绍了目前水分测量的研究方法与现状及光谱近红外的研究现状,接着介绍了各类不同的水分,最后提出了本论文的主要研究内容。第二章从分子振动讲起,介绍了近红外测量的基础理论,包括吸收原理和漫反射原理;接着简单介绍了各种类型的光谱仪,最后对近红外光谱分析步骤及数据处理方法进行了详细的论述。第三章介绍了本实验所建立的一套近红外光谱煤粉水分在线检测系统,详细的论述了实验方案,对影响系统测量的因素,诸如颗粒大小、视角、解调频率等进行了系统的分析,从而选择最佳参数使该系统得到了进一步的优化,具备了良好的预测能力。第四章在本实验系统的原理和模型的指导下,基于MSP430设计了一种水分分析仪,并对其各部分的设计做了主要的论述。本文的创新工作可概括为:①通过对大量样本的测量分析,研究了煤粉颗粒度对水分测量的影响,并采用多元散射校正技术解决了颗粒均匀度对水分测量的影响。②研究了调制频率、测量视角对测量结果的影响,以此为依据优化了光谱测量系统;同时采用了主成分析法和多元线性回归法,获得了水分测量的回归方程。③设计了基于MSP430单片机为核心的水分分析仪。

全文目录

目录  4-8
中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 水分测量的方法与现状  12-14
  1.2 近红外光谱分析技术的研究现状  14
  1.3 水分的各种基本概念  14-16
  1.4 水分测量的研究难点  16
  1.5 本文的研究内容  16-18
第二章近红外光谱分析技术的基本理论  18-32
  2.1 分子振动的基本知识  18-20
  2.2 近红外光谱测量原理  20-23
    2.2.1 吸收定律  20-21
    2.2.2 漫反射定量分析原理  21-23
  2.3 近红外光谱仪器的概述  23-26
  2.4 近红外光谱分析技术的步骤  26-28
  2.5 数据处理分析方法  28-31
    2.5.1 多元线性回归原理  28-29
    2.5.2 主成分回归和偏最小二乘法  29-31
  2.6 模型评价标准  31-32
第三章近红外光谱法测量煤粉水分的实验研究  32-44
  3.1 煤粉水分测量的实验系统  32-35
    3.1.1 实验系统  32-34
    3.1.2 仪器控制和数据采集  34-35
    3.1.3 实验系统的重复性和稳定性测试  35
  3.2 煤粉水分测量实验  35-36
  3.3 煤粉水分测量及数据处理  36-44
    3.3.1 光谱预处理  36-37
    3.3.2 样品颗粒大小的对测量影响  37-39
    3.3.3 调制频率对测量影响  39-40
    3.3.4 测量视角对测量影响  40-41
    3.3.5 实验结果  41-44
第四章基于MSP430单片机的近红外水分分析仪设计  44-48
  4.1 MSP430单片机的结构特点  44
  4.2 系统结构与硬件电路设计  44-46
    4.2.1 系统总体结构  44-45
    4.2.2 波长扫描  45
    4.2.3 模拟数据采集  45
    4.2.4 人机接口设计  45-46
  4.3 数据处理与系统软件设计  46-48
    4.3.1 数据处理  46
    4.3.2 系统软件设计  46-48
总结与展望  48-49
参考文献  49-52
硕士研究生期间完成的学术论文  52-53
致谢  53-55
个人简况  55

煤粉水分在线测量系统研究

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