一种激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法和测温系统与流程

本发明涉及高炉铁水测温领域，具体涉及一种激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法和测温系统。

背景技术：

1、随着高炉冶炼水平的提高，测温技术在炼铁生产中得到广泛的应用。高炉铁水温度进行实时、准确的在线检测对高炉操作具有重要的意义和指导作用，铁水温度的高低，是保证高炉稳定顺行，降低焦比的基础，也会影响铁水的质量，进而影响钢铁产品的质量，因此铁口铁水的温度检测和控制就显得尤为重要。

2、当前测温方法主要有热电偶测温、红外测温法。热电偶测温操作不方便，需测试人员每次在铁钩边测温，不能进行连续测试，而且有一定的安全风险和测温成本。红外测温法受现场工况干扰较大，铁水表面漂浮杂物，渣铁混合的等情况会导致测温结果偏差较大。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法和测温系统，以改善铁水表面的杂物影响铁水温度测试的问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法包括如下步骤：采集熔体铁水的可见光光谱和激光诱导击穿光谱(laser-inducedbreakdown spectroscopy，libs)，分别建立第一可见光光谱矩阵和第一光谱矩阵；采集固体铁水样品的激光诱导击穿光谱，建立第二光谱矩阵；比较所述第一光谱矩阵与所述第二光谱矩阵，提取非铁水的libs光谱的位置索引；根据所述非铁水的libs光谱的位置索引，剔除所述第一可见光光谱矩阵中的非铁水的可见光光谱，得到纯铁水的可见光光谱；将所述纯铁水的可见光光谱根据普朗克公式提取温度特征建立温度测量模型；其中，所述第一光谱矩阵为熔体铁水的libs光谱矩阵，所述第二光谱矩阵为标准铁水的libs光谱矩阵。

3、在本发明一示例中，所述采集熔体铁水的可见光光谱和libs光谱，分别建立熔体铁水的可见光光谱矩阵和熔体铁水的libs光谱矩阵，包括：连续采集n1条长度为l1的熔体铁水的libs光谱，建立所述第一光谱矩阵；采集n1条长度为l2的熔体铁水的可见光光谱，建立所述第一可见光光谱矩阵。

4、在本发明一示例中，所述采集固体铁水样品的libs光谱，建立第二光谱矩阵，包括：采集n2条长度为l1的固体铁水样品的libs光谱，建立所述二光谱矩阵。

5、在本发明一示例中，所述比较所述第一光谱矩阵与所述第二光谱矩阵，提取非铁水的libs光谱的索引，包括如下步骤：

6、提取所述第二光谱矩阵中的特征峰，建立特征峰位置索引列表；

7、拟合所述第一光谱矩阵中所述特征峰位置索引列表对应位置的特征峰，建立第一特征峰矩阵，拟合所述第二光谱矩阵中所述特征峰位置索引列表对应位置的特征峰，建立第二特征峰矩阵；

8、获取所述第一特征峰矩阵中的每一行与标准铁水的libs光谱特征峰向量的皮尔森相关系数，建立相关系数列表；

9、基于预设的阈值获取规则，获得相关系数阈值，并从所述相关系数列表中，选择与所述相关系数阈值不相符的相关系数位置索引，将选择的相关系数位置索引作为所述非铁水的libs光谱的位置索引；

10、其中，所述第一特征峰矩阵为熔体铁水的libs光谱特征峰矩阵，所述第二特征峰矩阵为标准铁水的libs光谱特征峰矩阵。

11、在本发明一示例中，所述建立所述第二特征峰矩阵之后，还包括：对所述第二特征峰矩阵按列求平均，得到所述标准铁水的libs光谱特征峰向量。

12、在本发明一示例中，所述提取所述第二光谱矩阵中的特征峰，建立所述特征峰位置索引列表，包括：根据预设的特征峰强度和特征峰展宽阈值，基于寻峰算法提取所述第二光谱矩阵中的特征峰，并根据所述特征峰的位置建立对应的所述特征峰位置索引列表。

13、在本发明一示例中，所述拟合所述第一光谱矩阵中所述特征峰位置索引列表对应位置的特征峰，建立第一特征峰矩阵，拟合所述第二光谱矩阵中所述特征峰位置索引表对应位置的特征峰，建立第二特征峰矩阵，包括如下步骤：

14、读取所述第一光谱矩阵和所述第二光谱矩阵，对所述第一光谱矩阵和所述第二光谱矩阵中所述位置索引列表对应的特征峰进行拟合；

15、基于拟合后的特征峰，获取特征峰的拟合面积；

16、根据特征峰的拟合面积，获取所述第一特征峰矩阵和所述第二特征峰矩阵。

17、在本发明一示例中，所述基于预设的阈值获取规则，获得相关系数阈值，包括如下步骤：

18、截取所述第一可见光光谱矩阵中第一波长与第二波长之间的光谱数据，得到第二可见光光谱矩阵：

19、对所述第二可见光光谱矩阵的每一行数据进行线性拟合；提取所述拟合直线的斜率，建立所述拟合直线的第一斜率列表；

20、从预设的相关系数待确定阈值集合中，选择其中一个作为当前待确定阈值，并筛选出所述相关系数列表中与当前待确定阈值不相符的相关系数位置索引，并将所述第一斜率列表中所述相关系数位置索引对应位置的斜率删除，得到第二斜率列表；

21、取所述第二斜率列表中的斜率平均值与热电偶获取的温度数据进行线性拟合，得到所述线性拟合的决定系数；其中，决定系数与待确定阈值具有一一对应关系；

22、从相关系数待确定阈值集合中选择新的待确定阈值，作为当前待确定阈值，并基于当前待确定阈值获取新的决定系数，直至相关系数待确定阈值集合选择完毕，得到多个决定系数；

23、根据得到的多个决定系数确定相关系数阈值。

24、在本发明一示例中，所述根据得到的多个决定系数确定相关系数阈值，包括：排序各决定系数，获取最大的决定系数；将最大的决定系数对应的待确定阈值作为相关系数阈值。

25、本发明还提供一种激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温系统，包括采集模块、提取模块、剔除模块和拟合模块，采集模块用于采集熔体铁水的见光光谱、熔体铁水的libs光谱和固体铁水样品的libs光谱；提取模块用于提取非铁水的libs光谱的位置索引；剔除模块用于根据所述非铁水的libs光谱的位置索引，剔除所述第一可见光光谱矩阵中的非铁水的可见光光谱，得到纯铁水的可见光光谱；拟合模块用于将所述纯铁水的可见光光谱根据普朗克公式提取温度特征建立温度测量模型。

26、本发明的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法和测试系统，利用libs辅助将熔体铁水中的非铁水光谱剔除，得到纯铁水的可见光光谱，并将纯铁水的可见光光谱根据普朗克公式提取温度特征建立温度测量模型，测试得到高炉铁水的温度。该激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法实现了铁水排放过程中的连续温度测试，并解决了因铁水表面异物干扰导致测温不准确的问题。

技术特征：

1.一种激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述采集熔体铁水的可见光光谱和激光诱导击穿光谱，分别建立第一可见光光谱矩阵和第一光谱矩阵，包括：连续采集n1条长度为l1的熔体铁水的激光诱导击穿光谱，建立所述第一光谱矩阵；采集n1条长度为l2的熔体铁水的可见光光谱，建立所述第一可见光光谱矩阵。

3.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述采集固体铁水样品的激光诱导击穿光谱，建立所述第二光谱矩阵，包括：采集n2条长度为l1的固体铁水样品的激光诱导击穿光谱，建立所述第二光谱矩阵。

4.根据权利要求2所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述比较所述第一光谱矩阵与所述第二光谱矩阵，提取非铁水的激光诱导击穿光谱的位置索引，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述建立所述第二特征峰矩阵之后，还包括：对所述第二特征峰矩阵按列求平均，得到所述标准铁水的激光诱导击穿光谱特征峰向量。

6.根据权利要求4所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述提取所述第二光谱矩阵中的特征峰，建立所述特征峰位置索引列表，包括：根据预设的特征峰强度和特征峰展宽阈值，基于寻峰算法提取所述第二光谱矩阵中的特征峰，并根据所述特征峰的位置建立对应的特征峰位置索引列表。

7.根据权利要求4所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述拟合所述第一光谱矩阵中所述特征峰位置索引列表对应位置的特征峰，建立第一特征峰矩阵，拟合所述第二光谱矩阵中所述特征峰位置索引表对应位置的特征峰，建立第二特征峰矩阵，包括如下步骤：

8.根据权利要求4所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述基于预设的阈值获取规则，获得相关系数阈值，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法，其特征在于，所述根据得到的多个决定系数确定相关系数阈值，包括：

10.一种激光诱导击穿辅助高炉铁水测温系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法和测温系统，具体涉及高炉铁水测温领域。所述激光诱导击穿光谱辅助高炉铁水测温方法包括如下步骤：采集熔体铁水的可见光光谱和激光诱导击穿光谱，分别建立第一可见光光谱矩阵和第一光谱矩阵；采集固体铁水样品的激光诱导击穿光谱，建立第二光谱矩阵；比较第一光谱矩阵与第二光谱矩阵，提取非铁水的LIBS光谱的位置索引；根据非铁水的LIBS光谱的位置索引，剔除第一可见光光谱矩阵中的非铁水的可见光光谱，得到纯铁水的可见光光谱；将纯铁水的可见光光谱根据普朗克公式提取温度特征建立温度测量模型。本发明实现了铁水排放过程中的连续温度测试，并解决了因铁水表面异物干扰导致测温不准确的问题。

技术研发人员：潘从元,张兵,贾军伟,薛骅骎
受保护的技术使用者：合肥金星智控科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15