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烷烃类混合气体的定量分析在煤矿安全预警、石油开采和化工分析等诸多领域有着非常重要的意义。近红外(NIR)光谱法用于气体分析时,是通过获取气体的红外吸收光谱来获取信息,与传统的气相色谱法相比,具有灵敏度高、分析速度快、重复性好等优点。但是,七组分烷烃气体各组分之间存在严重的交叉敏感现象,这导致对七组分烷烃混合气体进行定量分析非常困难。 本文将AOTF-NIR光谱仪用于混合气体分析。首先介绍了采用AOTF-NIR光谱仪进行气体定量分析的基本原理,包括系统的硬件平台和软件平台,并简单介绍了光谱数据的来源;然后详细介绍了建立七组分烷烃混合气体的定量分析模型的具体过程;最后对模型进行了评价。 七组分烷烃混合气体的定量分析模型由4个模块组成,分别是:异常样本剔除模块、预处理模块、特征提取模块和回归模块。首先采用相对误差残差法剔除了原始样本中的异常样本。然后对原始光谱进行了平滑、导数、归一化预处理,净化了光谱信息。针对七种烷烃气体的近红外光谱严重交叠的问题,提出了NIR光谱的两种特征提取方法:主成分分析(PCA)法和核主成分分析(KPCA)法,这两种方法都能很好地提取光谱的有效数据、降低光谱数据维数。最后将PCA与KPCA两种特征提取方法与支持向量回归机(SVR)耦合,建立七组分烷烃混合气体的定量分析的两种模型:PCA-SVR和KPCA-SVR。 文章最后对以上两个模型在分析准确度、可靠性、消噪能力三个方面进行了对比,最终确定KPCA-SVR为七组分烷烃混合气体定量分析的最终模型。并分析了该模型对检验集样本组分浓度预测的绝对误差和相对误差,与工程实际中的指标进行了对比。结果表明,采用NIR光谱法的KPCA-SVR模型可以实现七组分烷烃混合气体的定量分析。