王一童,李红莲,李文铎,李小亭,许旭.基于偏最小二乘法的CO2加权组合测量研究[J].光电子激光,2023,34(8):802~808
基于偏最小二乘法的CO2加权组合测量研究
Research on CO2 weighted combination measurement based on partial least square method
投稿时间:2022-05-25  修订日期:2022-07-21
DOI:
中文关键词:  偏最小二乘(PLS)  多波段加权组合  超连续谱激光  吸收光谱
英文关键词:partial least squares (PLS)  multi-band weighted combination  spectrum laser  absorption spectrum
基金项目:国家自然科学基金(62173122)、 河北省自然科学重点项目(F2021201031) 和河北省引进留学人员 (C20210312)资助项目
作者单位
王一童 河北大学 质量技术监督学院河北 保定 071000
计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心河北 保定 071000
河北省能源计量与安全检测技术重点实验室河北 保定 071000 
李红莲 河北大学 质量技术监督学院河北 保定 071000
计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心河北 保定 071000
河北省能源计量与安全检测技术重点实验室河北 保定 071000 
李文铎 河北大学 质量技术监督学院河北 保定 071000
计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心河北 保定 071000
河北省能源计量与安全检测技术重点实验室河北 保定 071000 
李小亭 河北大学 质量技术监督学院河北 保定 071000
计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心河北 保定 071000
河北省能源计量与安全检测技术重点实验室河北 保定 071000 
许旭 河北白沙烟草有限责任公司 保定卷烟厂供应部河北 保定 071000 
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中文摘要:
      为了解决光谱之间相互干扰、建模速度慢等缺点,采用多波段加权组合模型与偏最小二乘(partial least squares,PLS)法结合进行定量分析提高测量精度。本文搭建了基于超连续谱激光吸收光谱(spectrum laser absorption spectrum,SCLAS)技术的气体检测系统,基于PLS对近红外不同波段二氧化碳(CO2)进行加权组合测量研究。在常温常压下对1 425—1 443 nm、1 565—1 587 nm、 1 595—1 616 nm波段内不同浓度CO2的吸收光谱进行了测量,基于PLS建立了单一波段回归模型,得出的决定系数(coefficient of determination,R2)分别为0.989 7、0.948 6、0.949 7。通过R2和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别确定单一波段模型的权重,采用多波段加权组合模型算法建立了新的PLS组合模型,得出的R2分别为0.985 2、0.991 2。实验结果表明,基于PLS的加权组合模型能够提高CO2浓度的预测精度与稳定性,有效避免建模速度慢和干扰问题。
英文摘要:
      In order to solve the shortcomings of mutual interference between spectra and slow modeling speed,a multi-band weighted combination model combined with the partial least squares (PLS) method was used for quantitative analysis to improve the measurement accuracy.In this paper,a gas detection system based on spectrum laser absorption spectrum (SCLAS) was built to perform a weighted combination measurement of CO2 in different wavelengths of the near-infrared based on PLS.The absorption spectra of different concentrations of CO2 in the bands of 1425—1443 nm,1565—1587 nm,and 1595—1616 nm were measured at room temperature and pressure.The single-band regression model based on PLS was established,and the coefficient of determination (R2) were 0.9897,0.9486 and 0.9497,respectively. The weights of the single band models are determined based on R2 and the root mean square error (RMSE).A new PLS combination model is established using the multi-band weighted combination model algorithm,and the obtained R2 are 0.9852 and 0.9912,respectively.The experimental results show that the PLS-based weighted combination model can improve the accuracy and stability of CO2 concentration prediction and effectively avoid the slow modeling speed and interference problems.
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