一種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括裝料斗、進(jìn)樣槽、進(jìn)樣軌道、近紅外分析儀、計(jì)算機(jī)、顯示屏和打印機(jī)，所述裝料斗設(shè)置于進(jìn)樣槽上端并可在進(jìn)樣槽范圍內(nèi)往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)樣槽沿進(jìn)樣軌道進(jìn)入近紅外分析儀，近紅外分析儀分別連接計(jì)算機(jī)和終端顯示屏，計(jì)算機(jī)和終端顯示屏均可連接打印機(jī)?；诒緦?shí)用新型所述系統(tǒng)，將待測(cè)煤炭樣品裝滿進(jìn)樣槽進(jìn)入近紅外分析儀后，啟動(dòng)掃描鍵，NIR儀自動(dòng)記錄存儲(chǔ)樣品光譜，確定樣品歸屬譜圖類型，選擇相應(yīng)的檢測(cè)模型，獲得檢測(cè)結(jié)果。整個(gè)檢測(cè)操作的過程中，無(wú)需稱樣，無(wú)需添加任何化學(xué)試劑，具有快速、便捷、無(wú)污染的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】-種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及煤炭分析檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品 中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭資源是我國(guó)的第一大能源，是工業(yè)發(fā)展所需的基礎(chǔ)能源材料。我國(guó)煤炭資源 非常豐富，占我國(guó)總能源的70%左右。
[0003]按照國(guó)際的煤炭檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，煤炭通常需要檢測(cè)內(nèi)水等品質(zhì)項(xiàng)目。按我國(guó)國(guó)家規(guī) 定和貿(mào)易需要，煤炭通常需檢測(cè)發(fā)熱量、全硫、內(nèi)水、揮發(fā)分、灰分、固定碳、可燃體等指標(biāo)， 現(xiàn)行檢測(cè)所述7項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)方法主要是：內(nèi)水有GB/T212、IS011722、ASTMD3173,灰分 有68/丁212、1501171、六5丁]\?3174，揮發(fā)分有68/^212、150562、六5丁]\?3175，全硫有68/^214、 IS035UASTMD4239,發(fā)熱量有GB/T213、IS01928、ASTMD5865,固定碳和可燃體參照煤炭的工 業(yè)分析方法中的要求進(jìn)行。
[0004]上述標(biāo)準(zhǔn)方法普遍采用的經(jīng)典或現(xiàn)代的化學(xué)法和物理化學(xué)法：內(nèi)水、揮發(fā)分、灰 分、固定碳、可燃體都是經(jīng)典重量分析方法，涉及天平、烘箱、高溫爐等設(shè)備，碳化、灰化、恒 重、稱量、計(jì)算是經(jīng)常需要進(jìn)行的步驟，相當(dāng)繁瑣費(fèi)時(shí)；目前就算使用比較先進(jìn)的儀器，一個(gè) 技術(shù)人員完成這些項(xiàng)目也得5?6天，同時(shí)現(xiàn)代化的物理化學(xué)儀器的操作、維護(hù)、標(biāo)定、核查 等工作也很繁重。煤炭傳統(tǒng)的檢測(cè)方法由于工作繁雜，花費(fèi)成本比較高，花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)。 煤炭的分類銷售，出口貿(mào)易和電廠的快速需求等，傳統(tǒng)的煤炭檢驗(yàn)周期太長(zhǎng)，不利于煤炭的 銷售，為此需要縮短煤炭的檢驗(yàn)時(shí)間，需要尋找新的檢驗(yàn)方法。
[0005]NIRS是近紅外光譜的英文縮寫。NIRS技術(shù)是近十年來(lái)發(fā)展最為迅速的高新分析 技術(shù)之一。NIRS分析技術(shù)應(yīng)用光譜區(qū)段波長(zhǎng)范圍大約為3?0. 70mm，屬干紅外光譜范圍，和 可見光一樣，都是電磁波的一個(gè)組成部分，具有電磁波和物體作用時(shí)表現(xiàn)出的一般特性，如 透射、漫反射、吸收等。此外，其最突出的特點(diǎn)是這一光譜區(qū)域?yàn)楹瑲浠鶊F(tuán)（〇H、SH、CH、NH) 的倍頻和合頻吸收區(qū)。物質(zhì)的近紅外光譜是其中各基團(tuán)振動(dòng)的倍頻和組合頻率的綜合吸收 表現(xiàn)。
[0006]NIRS近十年來(lái)發(fā)展迅速，我國(guó)從上世紀(jì)80年代開始主要應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分 析，現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，已從傳統(tǒng)的農(nóng)副產(chǎn)品分析擴(kuò)展到石油化工和基本有機(jī)化工、高 分子化工、制藥與臨床醫(yī)學(xué)、生物化工、環(huán)境科學(xué)、紡織工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。但是，目前 NIRS技術(shù)在煤炭方面的研究報(bào)道很少。
[0007]資料顯示，國(guó)外報(bào)道利用NIRS技術(shù)對(duì)煤炭進(jìn)行檢測(cè)的存在很多困難，國(guó)內(nèi)有采用 傅立葉變換近紅外光譜法建立煤炭揮發(fā)分、水分測(cè)定模型，但是沒有提出采用NIRS技術(shù)定 量分析煤炭水分、揮發(fā)分的具體技術(shù)方案和裝置系統(tǒng)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)煤炭7項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的檢測(cè)，提供一種同時(shí)檢 測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)。
[0009] 所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)包括裝料斗、進(jìn)樣槽、進(jìn)樣軌道、近紅外 分析儀、計(jì)算機(jī)、顯示屏和打印機(jī)，所述裝料斗設(shè)置于進(jìn)樣槽上端并可在進(jìn)樣槽范圍內(nèi)往復(fù) 勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)樣槽沿進(jìn)樣軌道進(jìn)入近紅外分析儀，近紅外分析儀分別連接計(jì)算機(jī)和終端顯 示屏，計(jì)算機(jī)和終端顯示屏均可連接打印機(jī)。
[0010] 可以通過伺服電機(jī)控制所述裝料斗的運(yùn)動(dòng)，使其在在進(jìn)樣槽尺寸范圍內(nèi)往復(fù)勻速 運(yùn)動(dòng)，保證均勻地布料。
[0011] 優(yōu)選地，所述裝料斗設(shè)置有攪拌裝置，將煤樣裝入后仔細(xì)攪拌煤樣，通過在進(jìn)樣槽 范圍內(nèi)往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)將試樣均勻地鋪設(shè)于樣品槽中，裝填過程中務(wù)必使樣品厚度均勻。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述裝料斗口設(shè)有可伸縮平板，裝填試樣時(shí)，平板縮入裝料斗內(nèi)， 裝填試樣完畢后，平板從裝料斗探出接觸試樣表面，對(duì)試樣輕輕按壓，使樣品緊密分布。所 述平板可以采用紙板。
[0013] 裝填完畢后，觀察樣品槽表面的樣品情況，如果發(fā)現(xiàn)有縫隙或樣品有松動(dòng)的現(xiàn)象， 應(yīng)重新裝填試樣。將裝填好的樣品槽置于進(jìn)樣軌道上，點(diǎn)擊"掃描"，通過上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的進(jìn) 樣方式，完成掃描檢測(cè)和據(jù)的輸出。整個(gè)檢測(cè)操作的過程中，無(wú)需稱樣，無(wú)需添加任何化學(xué) 試劑。
[0014] 優(yōu)選地，所述近紅外分析儀為丹麥FOSSANALYTICALA/S公司的SY-3650 -DDS 型近紅外分析儀；單色器：?jiǎn)喂馐?shù)字光柵，波長(zhǎng)范圍1100?2500nm;光源：鎢絲燈； 檢測(cè)器：PBS，自動(dòng)移動(dòng)輸送多點(diǎn)定位檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)大于32個(gè)；操作溫度：15?32°C;分析時(shí) 間：每分鐘用連續(xù)光譜掃描32個(gè)子樣品以上并完成其光譜分析。系統(tǒng)噪音：噪音信號(hào)值小 于2X1(T5AU。結(jié)果報(bào)告：在終端屏幕上顯示結(jié)果和顯示"已超越校正范圍"的樣品，同時(shí)由 打印機(jī)報(bào)告結(jié)果，也可通過RS-232C接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
[0015] 優(yōu)選地，所述進(jìn)樣槽采用石英材料。
[0016] 將試驗(yàn)用樣品，不需稱樣，依次直接裝滿NIR儀的進(jìn)樣器，然后把滿出進(jìn)樣器的樣 品鏟去，采用數(shù)字光柵系統(tǒng)進(jìn)行掃描，NIR儀自動(dòng)記錄存儲(chǔ)樣品光譜。
[0017] 基于本實(shí)用新型，實(shí)現(xiàn)以下同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的方法，所述方法包括 以下步驟：
[0018] SI.收集和制備若干個(gè)煤炭樣品，分為兩份，一份采用常規(guī)方法分別測(cè)定每個(gè)樣品 的內(nèi)水、灰分、揮發(fā)分、全硫、固定碳和可燃體的含量及發(fā)熱量7項(xiàng)指標(biāo)；
[0019] S2.將另一份煤炭樣品用NIRS分析儀掃描收集所述煤炭樣品的光譜數(shù)據(jù)和曲線；
[0020] S3.對(duì)S2所得樣品的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)回歸計(jì)算獲得7項(xiàng)指標(biāo)的定標(biāo)方程，修 正和驗(yàn)證內(nèi)水后建立檢測(cè)模型；
[0021] S4.將待測(cè)煤炭樣品依次直接裝滿NIR儀的進(jìn)樣器（不需稱樣），啟動(dòng)掃描鍵，NIR 儀自動(dòng)記錄存儲(chǔ)樣品光譜。確定樣品歸屬譜圖類型，選擇相應(yīng)的檢測(cè)模型，獲得檢測(cè)結(jié)果。
[0022] S2所述用NIRS分析儀掃描收集所述樣品的光譜數(shù)據(jù)是將樣品（不需稱樣），依次 直接裝滿NIR儀的進(jìn)樣器，采用數(shù)字光柵系統(tǒng)進(jìn)行掃描，通過NIRS儀自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)樣品 光譜。將收集到的樣品原始光譜按其不同變化趨勢(shì)分類，按照峰型和變化趨勢(shì)相同或接近 的圖譜合在一起，進(jìn)行歸類，分別得到Y(jié)型原始光譜、W型原始光譜、P型原始光譜和X型原 始光譜。
[0023]S3所述對(duì)S2所得樣品的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是采用WinISI軟件進(jìn)行光譜分析和建 立檢測(cè)模型，將S2所得樣品的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入NIR儀，確定檢測(cè)模型，打印檢測(cè)結(jié)果。光譜預(yù) 處理分別采用趨勢(shì)變換法、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量轉(zhuǎn)換法、多元離散校正、反相多元離散校正等方法 的一種或多種，最終確定最佳處理方法；回歸校正方法采用逐步回歸分析法（SMLR)、主成 分分析法（PCA)和最小偏差分析法（PLS)，將數(shù)據(jù)降維，以消除眾多信息共存中相互重疊的 信息部分并最終作到對(duì)光譜的量化。
[0024] 利用檢測(cè)模型檢測(cè)一組未知待測(cè)成分含量的樣品中內(nèi)水含量，再將NIR法所得的 檢測(cè)值與常規(guī)物理化學(xué)法檢測(cè)值進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。兩種方法的比較結(jié)果用預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (SEP,StandardErrorofPrediction)和相應(yīng)的決定系數(shù)（RSQp)或相關(guān)系數(shù)Rp進(jìn)行衡 量。
[0025] 所述的檢測(cè)模型的建立方法包括以下步驟：
[0026] S31. GH值分析，將所述GH值大于3. 0的樣品剔除，用GH值小于3. 0的樣品集分別 建立相應(yīng)類型譜圖的定標(biāo)（檢測(cè)）模型；
[0027]S32.通過計(jì)算S31所述定標(biāo)（檢測(cè)）模型的SEC值和RSQ值；
[0028]S33.對(duì)檢測(cè)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)確定最佳檢測(cè)模型。本實(shí)用新型采用交互驗(yàn)證 誤差（StandardErrorofcrossvalidation，SECV)和交互驗(yàn)證決定系數(shù)（lminusthe varianceratio, 1-VR)或相關(guān)系數(shù)Rv來(lái)衡量檢測(cè)模型。通過這兩個(gè)指標(biāo)可以有效評(píng)估檢 測(cè)模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。采用具有低的SECV值和高的（I-VR)或Rv值評(píng)價(jià)良好的檢測(cè)模型 與所有檢測(cè)模型進(jìn)行交互驗(yàn)證試驗(yàn)，選出最低SECV值和最高（I-VR)或Rv值的檢測(cè)模型， 確定為最佳檢測(cè)模型。
[0029] 本實(shí)用新型的有益效果如下：
[0030] 煤炭現(xiàn)有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的原理都是經(jīng)典或現(xiàn)代的化學(xué)法和物理化學(xué)法：內(nèi)水、揮發(fā)分、 灰分、固定碳、可燃體都是經(jīng)典重量分析方法，涉及天平、烘箱、高溫爐等設(shè)備，碳化、灰化、 恒重、稱量、計(jì)算是經(jīng)常需要進(jìn)行的步驟，相當(dāng)繁瑣費(fèi)時(shí)；發(fā)熱量、全硫，目前最先進(jìn)的是采 用高溫高壓燃燒法，但是現(xiàn)代化的物理化學(xué)儀器的操作、維護(hù)、標(biāo)定也很繁重。
[0031] 長(zhǎng)期以來(lái)，近紅外光譜技術(shù)用來(lái)分析純粹的有機(jī)物。因?yàn)榻t外光譜的波數(shù)在 4000CHT1以上（即2500nm以下），因此，只有振動(dòng)頻率在2000CHT1以上的振動(dòng)，才可能在近紅 外區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一級(jí)倍頻,而能夠在2000CHT1以上產(chǎn)生基頻振動(dòng)的主要是含氫官能團(tuán)，如C-H、 N-H、S-H和O-H的伸縮振動(dòng)。幾乎有機(jī)物中所有含氫基團(tuán)的信息，都能在近紅外光譜中得 以反映。
[0032] 煤炭是一種可燃性巖石。本實(shí)用新型首次將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于煤炭這種由大 部分有機(jī)物質(zhì)和部分礦物質(zhì)及水分組成的混合物質(zhì)體系，并成功建立煤炭樣品中7項(xiàng)關(guān)鍵 指標(biāo)同時(shí)檢測(cè)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤炭樣品中7項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的同時(shí)檢測(cè)，從而在一定程度上證明 近紅外光譜技術(shù)可以應(yīng)用于分析無(wú)機(jī)物質(zhì)，克服了現(xiàn)有技術(shù)偏見。
[0033] 本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將其應(yīng)用于檢測(cè)煤炭樣品中的7項(xiàng)指標(biāo)只需幾分鐘， 而且無(wú)需稱樣、無(wú)需使用化學(xué)試劑或高溫、高壓、大電流等測(cè)試條件，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)、生物或 電磁污染，不會(huì)對(duì)操作人員和環(huán)境造成不良影響，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)，對(duì)大批量檢測(cè)任務(wù)，其 優(yōu)越性更加關(guān)出。
[0034] 本實(shí)用新型僅需要采用一臺(tái)近紅外光譜分析儀結(jié)合裝填料裝置和常規(guī)的計(jì)算機(jī) 和打印機(jī)，就可以代替現(xiàn)有技術(shù)多種、多臺(tái)分析儀器，不需要分析天平，通常只需一個(gè)人操 作，并在幾分鐘內(nèi)，通過采集一次被測(cè)樣品的光譜，就可以同時(shí)完成煤炭樣品7項(xiàng)指標(biāo)的測(cè) 定。在光譜采集過程中除消耗電能外，不需消耗任何試劑和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，這樣可以節(jié)省大量?jī)x 器設(shè)備的購(gòu)置、操作、維修等費(fèi)用，節(jié)省大量的時(shí)間和人力，極大地降低分析成本，顯著提高 檢測(cè)工作的效率。
[0035] 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，通過裝料斗裝置與近紅外分析儀科學(xué)結(jié)合的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)裝 料的和分析的自動(dòng)化操作，克服人工裝料可能導(dǎo)致的樣品有縫隙或樣品有松動(dòng)的現(xiàn)象，為 批量檢測(cè)煤炭樣品提供技術(shù)基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖2 509個(gè)無(wú)煙煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖。
[0038] 圖3 134個(gè)煙煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖。
[0039] 圖4 155個(gè)水汽煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖。
[0040] 圖5 60個(gè)貧瘦煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖。
[0041] 圖6 134個(gè)動(dòng)力煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖。
[0042] 圖7 179個(gè)未明確分組的樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖。
[0043] 圖8 202個(gè)無(wú)煙煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖（2008年樣品）。
[0044] 圖9 235個(gè)未明確分組的樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜總圖（2008年樣品）。
[0045] 圖10標(biāo)樣原始譜圖（上為103f號(hào)無(wú)煙煤，下為IOlL號(hào)煙煤）。
[0046] 圖11標(biāo)準(zhǔn)煤樣原始譜圖。
[0047] 圖12 2008年無(wú)煙煤和標(biāo)樣無(wú)煙煤的原始譜圖。
[0048] 圖13 2005-2008年煙煤和標(biāo)樣煙煤的原始譜圖。
[0049] 圖14 2008年無(wú)煙煤和標(biāo)樣無(wú)煙煤原始光譜經(jīng)（N0NE+0011)處理圖。
[0050] 圖15 2008年無(wú)煙煤和標(biāo)樣無(wú)煙煤原始光譜經(jīng)（N0NE+1441)處理圖。
[0051] 圖16 2008年無(wú)煙煤和標(biāo)樣無(wú)煙煤原始光譜經(jīng)（D+1441)處理圖。
[0052] 圖17 2008年無(wú)煙煤和標(biāo)樣無(wú)煙煤原始光譜經(jīng)（D+1441)處理圖。
[0053] 圖18 2005-2008年煙煤和標(biāo)樣煙煤的原始光譜經(jīng)（N0NE+0011)處理圖。
[0054] 圖19 2005-2008年煙煤和標(biāo)樣煙煤的原始光譜經(jīng)（D+1441)處理圖。
[0055] 圖20 2005-2008年煙煤和標(biāo)樣煙煤的原始光譜經(jīng)（D+0011)處理圖。
[0056] 圖21 509個(gè)無(wú)煙煤樣品原始光譜經(jīng)（N0NE+1441)處理圖。
[0057] 圖22 509個(gè)無(wú)煙煤樣品原始光譜經(jīng)（N0NE+0011)處理圖。
[0058] 圖23 509個(gè)無(wú)煙煤樣品原始光譜經(jīng)（D+1441)處理圖。
[0059] 圖24Y型（374個(gè)）原始光譜圖。
[0060] 圖25W型（1367個(gè)）原始光譜圖。
[0061] 圖26P型（436個(gè)）原始譜圖。
[0062] 圖27X型（52個(gè)）原始光譜。
[0063] 圖28Y型原始譜圖的GH值分布圖。
[0064] 圖29W型原始譜圖的GH值分布圖。
[0065] 圖30P型原始譜圖的GH值分布圖。
[0066] 圖3IX型原始譜圖的GH值分布圖。
[0067] 圖32經(jīng)交互驗(yàn)證的Y型原始光譜內(nèi)水檢測(cè)模型（MPLS+D+1441)。
[0068] 圖33經(jīng)交互驗(yàn)證的W型原始光譜檢內(nèi)水測(cè)模型（PLS+D+0011)。
[0069] 圖34經(jīng)交互驗(yàn)證的P型原始光譜內(nèi)水檢測(cè)模型（MPLS+D+0011)。
[0070] 圖35經(jīng)交互驗(yàn)證的X型原始光譜檢內(nèi)水測(cè)模型（MPLS+N0NE+2441)。

【具體實(shí)施方式】
[0071] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例采用 的設(shè)備可參照《高溫管式爐燃燒法分析煤和焦碳分析樣品中硫含量的標(biāo)準(zhǔn)試樣方法》 (ASTMD-4239-2010el)、《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T212-2008)、《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》（GB/ T213-2008)中所列設(shè)備和試劑。其他除非特別說(shuō)明，本實(shí)用新型實(shí)施例采用的試劑和設(shè)備 為本領(lǐng)域常規(guī)使用的試劑和設(shè)備。
[0072]實(shí)施例1
[0073] 提供一種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，包括裝料斗2、進(jìn)樣槽1、進(jìn)樣軌道 7、近紅外分析儀3、計(jì)算機(jī)5、顯示屏4和打印機(jī)6,所述裝料斗2設(shè)置于進(jìn)樣槽1上端并可 在進(jìn)樣槽1尺寸范圍內(nèi)往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)樣槽1沿進(jìn)樣軌道7進(jìn)入近紅外分析儀3,近紅外 分析儀3分別連接計(jì)算機(jī)5和顯示屏4,計(jì)算機(jī)5和顯示屏4均可連接打印機(jī)6。
[0074] 可以通過伺服電機(jī)控制所述裝料斗2的運(yùn)動(dòng)，使其在在進(jìn)樣槽1的尺寸范圍內(nèi)往 復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)，保證均勻地布料。
[0075] 優(yōu)選地，所述裝料斗2設(shè)置有攪拌裝置（圖中未標(biāo)示），將煤樣裝入裝料斗后仔細(xì) 攪拌煤樣，通過裝料斗在進(jìn)樣槽尺寸范圍內(nèi)往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)將試樣均勻地鋪設(shè)于樣品槽中， 裝填過程中務(wù)必使樣品厚度均勻。
[0076] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述裝料斗2 口設(shè)有可伸縮平板（圖中未標(biāo)示），裝填試樣時(shí)，平板 縮入裝料斗2內(nèi)，裝填試樣完畢后，平板從裝料斗2探出，接觸試樣表面，對(duì)試樣輕輕按壓， 使樣品緊密分布。所述平板可以采用紙板。
[0077] 裝填完畢后，觀察樣品槽表面的樣品情況，如果發(fā)現(xiàn)有縫隙或樣品有松動(dòng)的現(xiàn)象， 應(yīng)重新裝填試樣。將裝填好的樣品槽置于進(jìn)樣軌道上，點(diǎn)擊"掃描"，通過上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的進(jìn) 樣方式，完成掃描檢測(cè)和據(jù)的輸出。整個(gè)檢測(cè)操作的過程中，無(wú)需稱樣，無(wú)需添加任何化學(xué) 試劑。
[0078] 優(yōu)選地，所述近紅外分析3采用丹麥FOSSANALYTICALA/S公司的SY-3650 -DDS 型近紅外分析儀；單色器：?jiǎn)喂馐?shù)字光柵，波長(zhǎng)范圍1100?2500nm;光源：鎢絲燈； 檢測(cè)器：PBS，自動(dòng)移動(dòng)輸送多點(diǎn)定位檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)大于32個(gè)；操作溫度：15?32°C;分析時(shí) 間：每分鐘用連續(xù)光譜掃描32個(gè)子樣品以上并完成其光譜分析。系統(tǒng)噪音：噪音信號(hào)值小 于2X1(T5AU。結(jié)果報(bào)告：在終端屏幕上顯示結(jié)果和顯示"已超越校正范圍"的樣品，同時(shí)由 打印機(jī)報(bào)告結(jié)果，也可通過RS-232C接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
[0079] 優(yōu)選地，所述進(jìn)樣槽1采用石英材料。
[0080] 將試驗(yàn)用樣品，不需稱樣，依次直接裝滿NIR儀的進(jìn)樣器，然后把滿出進(jìn)樣器的樣 品鏟去，采用數(shù)字光柵系統(tǒng)進(jìn)行掃描，NIR儀自動(dòng)記錄存儲(chǔ)樣品光譜。
[0081] 實(shí)施例2
[0082] 本實(shí)施例基于實(shí)施例1所述的系統(tǒng)，提供一種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的方 法，包括以下步驟：
[0083]SI.收集和制備若干個(gè)煤炭樣品，分為一式兩份，一份采用常規(guī)方法分別測(cè)定每個(gè) 樣品的內(nèi)水、灰分、揮發(fā)分、全硫、固定碳和可燃體的含量及發(fā)熱量7項(xiàng)指標(biāo)；
[0084]S2.將另一份煤炭樣品用NIRS分析儀掃描收集所述煤炭樣品的光譜數(shù)據(jù)和曲線；
[0085]S3.對(duì)S2所得樣品的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)回歸計(jì)算獲得7項(xiàng)指標(biāo)的定標(biāo)方程，修 正和驗(yàn)證內(nèi)水后建立檢測(cè)模型；
[0086]S4.將待測(cè)煤炭樣品依次直接裝滿NIR儀的進(jìn)樣器（不需稱樣），啟動(dòng)掃描鍵，NIR 儀自動(dòng)記錄存儲(chǔ)樣品光譜。確定樣品歸屬譜圖類型，選擇相應(yīng)的檢測(cè)模型，獲得檢測(cè)結(jié)果。 [0087]其中，Sl所述收集和制備煤炭樣品的方法是參照《商品煤樣采取方法》 (GB475-2008)和《煤樣的制備方法》（GB474-2008)中的要求進(jìn)行。所述常規(guī)方法測(cè)定樣品 的內(nèi)水含量的方法是按《煤的工業(yè)分析方法》(GB/T212-2008)進(jìn)行，所述常規(guī)方法測(cè)定樣品 發(fā)熱量的方法是按《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》(GB/T213-2008)中的要求進(jìn)行，所述常規(guī)方法測(cè) 定樣品中的固定碳的方法是按《煤的工業(yè)分析方法》(GB/T212-2008)中的要求進(jìn)行，所述常 規(guī)方法測(cè)定樣品的灰分含量的方法是按《煤的工業(yè)分析方法》(GB/T212-2008)進(jìn)行，所述常 規(guī)方法測(cè)定樣品的揮發(fā)分含量的方法是按《煤的工業(yè)分析方法》(GB/T212-2008)進(jìn)行，所述 常規(guī)方法測(cè)定樣品中的可燃體的方法是可燃體參照《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T212-2008) 中的要求進(jìn)行，所述常規(guī)方法測(cè)定樣品的全硫含量的方法是按《高溫管式爐燃燒法分析煤 和焦碳分析樣品中硫含量的標(biāo)準(zhǔn)試樣方法》（ASTMD-4239-2010el)進(jìn)行。
[0088]S2所述用NIRS分析儀掃描收集所述樣品的光譜數(shù)據(jù)是將樣品（不需稱樣），依次 直接裝滿NIR儀的進(jìn)樣器，采用數(shù)字光柵系統(tǒng)進(jìn)行掃描，通過NIRS儀自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)樣品 光譜。
[0089] 本實(shí)施例采用丹麥FOSSANALYTICALA/S公司生產(chǎn)的SY-3650 - 2型近紅外分析 儀，單色器：?jiǎn)喂馐?shù)字光柵，波長(zhǎng)范圍1100?2500nm;光源：鎢絲燈；檢測(cè)器：PBS，自 動(dòng)移動(dòng)輸送多點(diǎn)定位檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)大于32個(gè)；操作溫度：15?32°C;分析時(shí)間：每分鐘用連 續(xù)光譜掃描32個(gè)子樣品以上并完成其光譜分析；系統(tǒng)噪音：噪音信號(hào)值小于2XKT5AU;結(jié) 果報(bào)告：在終端屏幕上顯示結(jié)果和顯示"已超越校正范圍"的樣品，同時(shí)由打印機(jī)報(bào)告結(jié)果， 也可通過RS-232C接口與外部電子計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
[0090] 操作方法：將煤樣裝于裝料斗，仔細(xì)攪拌煤樣，鋪設(shè)適量的試樣于石英制的樣品槽 1中，裝填過程中務(wù)必使樣品厚度均勻，用紙板輕輕按壓，使樣品緊密分布。裝填完畢后，觀 察樣品槽表面的樣品情況，如果發(fā)現(xiàn)有縫隙或樣品有松動(dòng)的現(xiàn)象，應(yīng)重新裝填試樣。將裝填 好的樣品槽置于進(jìn)樣軌道上，點(diǎn)擊"掃描"，通過上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)樣方式，完成掃描檢測(cè)和 據(jù)的輸出。整個(gè)檢測(cè)操作的過程中，無(wú)需稱樣，無(wú)需添加任何化學(xué)試劑。
[0091] 首先，采用數(shù)字光柵系統(tǒng)（DigitalDispersiveSystem,DDS)進(jìn)行掃描采集樣品 光譜。本實(shí)用新型科學(xué)地進(jìn)行分類，將煤炭樣品分別按照無(wú)煙煤、煙煤、水汽煤、貧瘦煤、動(dòng) 力煤加以分組，對(duì)沒有具體分類的樣品則單獨(dú)列為一組。煤樣不需要稱樣，依次直接裝滿 NIR儀的進(jìn)樣器，然后把滿出進(jìn)樣器的樣品鏟去，近紅外分析儀自動(dòng)記錄存儲(chǔ)樣品的DDS光 譜，得原始譜圖，見附圖2至附圖9所示。由附圖2至附圖9所示原始光譜圖可知，只有附 圖5顯示的貧瘦煤樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜的變化趨勢(shì)比較接近或一致，其他煤 種如無(wú)煙煤、煙煤、水汽煤、動(dòng)力煤的原始譜圖都出現(xiàn)比較明顯差異的變化趨勢(shì)。由于附圖 2至圖7為近三個(gè)月集中采集的譜圖，綜合考慮分析樣品貯藏時(shí)間和環(huán)境對(duì)其原始光譜存 在的影響，本實(shí)用新型收集2008年煤樣及時(shí)采集譜圖，得圖8至圖9,可以看到，圖8與圖2 基本一致，圖9各種煤炭樣品的近紅外漫反射DDS原始光譜基本涵蓋了前述無(wú)煙煤、煙煤、 水汽煤、動(dòng)力煤的原始譜圖的變化趨勢(shì)。這說(shuō)明我們的樣品貯存條件或光譜采集時(shí)間對(duì)原 始光譜影響不明顯，可以滿足本實(shí)用新型研究需要。為更好考察煤炭原始光譜，我們對(duì)煤炭 標(biāo)準(zhǔn)樣品采用同樣方式采集原始光譜，得圖10至圖11。并將所得標(biāo)準(zhǔn)樣品原始光譜與相應(yīng) 煤種的原始譜圖合在一起進(jìn)行觀察，得圖12至圖13。由圖12和圖13可以看到光譜變化趨 勢(shì)與前述相應(yīng)煤種基本一致。
[0092]接著，本實(shí)用新型對(duì)圖12至圖13分別進(jìn)行光譜預(yù)處理，得圖14至圖20。光譜預(yù) 處理方式分別為：N0NE+0011、N0NE+1441、D+1441、D+1441、N0NE+0011、D+1441、D+0011 (其 中，NONE表示未進(jìn)行光譜預(yù)處理，即為原始譜圖，D表示趨勢(shì)變換法，1441表示以每4個(gè)光 譜點(diǎn)為間隔作一階導(dǎo)數(shù)的數(shù)學(xué)處理，0011表示不作任何導(dǎo)數(shù)處理。例如，D+1441為對(duì)原始 光譜圖進(jìn)行趨勢(shì)變換法預(yù)處理后，再以每4個(gè)光譜點(diǎn)為間隔作一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理）。由 圖14至圖20可以看到經(jīng)預(yù)處理后的譜圖變化趨勢(shì)更加明顯、清晰，但同一煤種的各種不同 處理方式所得效果均普遍存在明顯不同的峰型和變化?？傮w看來(lái)，光譜預(yù)處理并未能獲得 比較一致的譜圖。對(duì)前述采集到的各種煤原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，所得情況基本相同，以509 個(gè)無(wú)煙煤樣品原始光譜經(jīng)（N0NE+1441)處理圖為例，處理結(jié)果請(qǐng)見附圖21至附圖23所示， 其他樣品預(yù)處理圖在此不一一贅述（圖略）。
[0093]S2是將收集到的樣品原始光譜按其不同變化趨勢(shì)分類，按照峰型和變化趨勢(shì)相同 或接近的圖譜合在一起，進(jìn)行歸類，分別得到Y(jié)型原始光譜、W型原始光譜、P型原始光譜和 X型原始光譜。本實(shí)用新型將前述采集到的原始光譜按其不同變化趨勢(shì)分組，再將峰型和變 化趨勢(shì)相同或比較接近的圖譜合在一起，進(jìn)行歸類，得譜圖24至圖27。圖24的譜圖標(biāo)記為 Y型原始光譜，代表大多數(shù)的水汽煤和部分煙煤、部分動(dòng)力煤等煤種，共有374個(gè)樣品。圖25 被標(biāo)記為W型原始光譜，代表大多數(shù)的無(wú)煙煤、部分煙煤、部分動(dòng)力煤等煤種，共有1367個(gè) 樣品。圖26被標(biāo)記為P型原始光譜，代表大多數(shù)的貧瘦煤、部分煙煤、部分動(dòng)力煤等煤種， 共有436個(gè)樣品。圖27被標(biāo)記為X型原始光譜，代表非常見煤種，共有195個(gè)樣品。
[0094]S3所述對(duì)S2所得樣品的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理是采用WinISI軟件進(jìn)行光譜分析 和建立檢測(cè)模型，將S2所得樣品的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入NIR儀，確定檢測(cè)模型，打印檢測(cè)結(jié)果。光 譜預(yù)處理分別采用趨勢(shì)變換法、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量轉(zhuǎn)換法、多元離散校正、反相多元離散校正等 方法的一種或多種，結(jié)合煤炭樣品特性分析，最終確定最佳處理方法；回歸校正方法采用逐 步回歸分析法（SMLR)、主成分分析法（PCA)和最小偏差分析法（PLS)，將數(shù)據(jù)降維，以消除 眾多信息共存中相互重疊的信息部分并最終作到對(duì)光譜的量化。
[0095]利用檢測(cè)模型檢測(cè)一組未知待測(cè)成分含量的樣品中內(nèi)水含量，再將NIR法所得的 檢測(cè)值與常規(guī)物理化學(xué)法檢測(cè)值進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。兩種方法的比較結(jié)果用預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (SEP,StandardErrorofPrediction)和相應(yīng)的決定系數(shù)（RSQp)或相關(guān)系數(shù)Rp進(jìn)行衡 量。
[0096]所述的檢測(cè)模型的建立方法包括以下步驟：
[0097]S31.GH值分析：GH值即馬氏距離，是光譜數(shù)據(jù)回歸校正的得分三維圖中，每個(gè)樣 品距離中心樣品點(diǎn)的距離。GH值在近紅外光譜數(shù)據(jù)分析中通常被設(shè)定為3.0,含義是標(biāo)準(zhǔn) 變異單位的3倍，即就是近似于標(biāo)準(zhǔn)差（SD)的2. 84倍，這意味著將有大約10%的樣品的 GH值會(huì)大于3.0。如果哪個(gè)樣品的GH值大于3.0,該樣品需剔除，另作分析。本實(shí)用新型采 用主成分分析法（PCR)對(duì)Y型原始光譜、W型原始光譜、P型原始光譜和X型原始光譜分別 進(jìn)行聚類分析；結(jié)果見附圖28至附圖31所示，由附圖28至31分析可知，四種類型原始譜 圖的GH值絕大多數(shù)小于3. 0,Y型大于3. 0的樣品有8個(gè)，W型大于3. 0的樣品有10個(gè)，P 型大于3. 0的樣品有13個(gè)，X大于3. 0的樣品共有9個(gè)，本實(shí)用新型將所述GH值大于3. 0 的樣品剔除后，用GH值小于3.0的樣品集分別建立相應(yīng)類型譜圖的定標(biāo)（檢測(cè)）模型，其 中Y型366個(gè)，W型1357個(gè)，P型423個(gè)，X型186個(gè)。
[0098]S32.通過計(jì)算S31所述定標(biāo)（檢測(cè)）模型的SEC值和RSQ值；
[0099] 利用WinISI軟件中光譜處理和回歸校正方法對(duì)上述四類原始光譜進(jìn)行光譜處理 和數(shù)據(jù)分析。光譜預(yù)處理分別采用趨勢(shì)變換法、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量轉(zhuǎn)換法、多元離散校正、反相 多元離散校正等方法的一種或多種，結(jié)合煤炭樣品特性分析，最終確定最佳處理方法；數(shù)學(xué) 處理采用以每4個(gè)光譜點(diǎn)的間隔（Gap)作一階導(dǎo)數(shù)（1441)或二階導(dǎo)數(shù)（2441)方法，（0011) 表示不做任何導(dǎo)數(shù)處理?；貧w校正方法采用逐步回歸分析法（StepwiseMutipleLinear Regression，SMLR)、主成分分析法（PrincipalComponentAnalysis，PCR)、最小偏差分析 法（PartialLeastSquaresRegression,PLS)和偏最小偏差分析法（ModifiedPartial LeastSquaresRegression,MPLS)計(jì)算所述定標(biāo)（檢測(cè)）模型的SEC值和RSQ值。
[0100] SEC是定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差（StandardErrorofCalibration,SEC)，指通過建立的定標(biāo) 模型對(duì)定標(biāo)樣品集進(jìn)行預(yù)測(cè)所得到的近紅外分析值和傳統(tǒng)化學(xué)法分析值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是回 歸讀數(shù)和實(shí)際讀數(shù)吻合程度的標(biāo)志。SEC越低，說(shuō)明近紅外分析結(jié)果與傳統(tǒng)分析結(jié)果越吻 合，可信度越高。RSQ(Rsquared)為定標(biāo)決定系數(shù)，是相關(guān)系數(shù)（Re)的平方，指定標(biāo)模型對(duì) 定標(biāo)樣品集變異所能描述出的百分率，表示近紅外分析值與常規(guī)方法分析值線性關(guān)系密切 的程度。一個(gè)好的檢測(cè)模型要求有低的SEC和高的RSQ(Rc)。根據(jù)本領(lǐng)域現(xiàn)有公知常識(shí)，理 論上，具備最低SEC值和最高RSQ值的模型就應(yīng)該是最佳的檢測(cè)模型。但是本實(shí)用新型經(jīng) 過大量長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，并非最低SEC值和最高RSQ值的模型就是最佳的檢測(cè)模型，但 最終能被定為最佳檢測(cè)模型的一定具有較低的SEC值和較高的RSQ值。為此本實(shí)用新型對(duì) 建立的全部檢測(cè)模型逐一進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)。以Y型原始譜圖為例，其他可參照Y型進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 總結(jié)，不一一贅述。煤炭樣品的內(nèi)水光譜處理和回歸校正結(jié)果分別見表1所示（Y型原始譜 圖）：
[0101] 表IY型原始譜圖光譜處理和回歸校正效果
[0102] 發(fā)熱量
[0103]

【權(quán)利要求】
1. 一種同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，其特征在于，包括裝料斗、進(jìn)樣槽、進(jìn)樣 軌道、近紅外分析儀、計(jì)算機(jī)、顯示屏和打印機(jī)，所述裝料斗設(shè)置于進(jìn)樣槽上端并可在進(jìn)樣 槽尺寸范圍內(nèi)往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)樣槽沿進(jìn)樣軌道進(jìn)入近紅外分析儀，近紅外分析儀分別連 接計(jì)算機(jī)和顯示屏，計(jì)算機(jī)和顯示屏均連接打印機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，其特征在于，所述近紅 外分析儀為丹麥FOSS ANALYTICAL A/S公司的SY-3650 - DDS型近紅外分析儀；單色器：?jiǎn)?光束全息數(shù)字光柵，波長(zhǎng)范圍1100?2500nm ;光源：鎢絲燈；檢測(cè)器：PBS，自動(dòng)移動(dòng)輸送多 點(diǎn)定位檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)大于32個(gè)；操作溫度：15?32°C;分析時(shí)間：每分鐘用連續(xù)光譜掃描32 個(gè)子樣品以上并完成其光譜分析。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，其特征在于，所述近 紅外分析儀通過RS-232C接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)樣槽 為石英材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝料斗 設(shè)置有攪拌裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝料斗 口設(shè)有可伸縮平板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述同時(shí)檢測(cè)煤炭樣品中7項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，所述平板為紙板。
【文檔編號(hào)】G01N21/359GK204255854SQ201420623863
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】蘇彩珠, 李國(guó)偉, 劉二龍, 鄭建國(guó), 邱敏敏, 鄭淑云, 蔡英俊, 姚柏輝, 周天行 申請(qǐng)人:中華人民共和國(guó)黃埔出入境檢驗(yàn)檢疫局