煤矿气体红外光谱分析理论与应用

   煤矿井下环境气体组分复杂且具有必需性、致灾性、预警性的特点，煤矿气体的定量检测对矿井灾害危险性早期辨识、继发性及次生灾害准确预警、应急救援科学决策具有重要意义。本书系统总结了煤矿气体的分析方法和监测技术，介绍了傅里叶变换红外光谱气体分析原理，分析了煤矿气体红外光谱预处理方法，建立了煤矿气体红外光谱分析模型，提出了目标气体特征变量提取与选择方法，并阐述了煤矿气体红外光谱分析系统的结构、使用方法及其应用等内容。

本书可供从事煤矿、消防、化工、环保等相关领域气体红外光谱分析研究的科技工作者、高等院校师生、工程技术人员参考使用。

前言
第1章绪论1
1.1煤矿气体概述1
1.1.1煤矿气体来源2
1.1.2煤矿气体性质5
1.2煤矿气体检测方法9
1.2.1传感器检测法9
1.2.2气相色谱法11
1.2.3光谱法12
1.3煤矿气体检测方法的发展与应用14
1.3.1传感器检测法15
1.3.2气相色谱法17
1.3.3不分光红外光谱法19
1.3.4可调谐半导体激光吸收光谱法21
1.3.5傅里叶变换红外光谱法22
1.4技术适用性对比分析24
1.5本书主要内容及特色27参考文献28
第2章傅里叶变换红外光谱气体分析原理32
2.1光谱波段划分32
2.2分子振动与光谱吸收33
2.2.1分子的转动光谱35
2.2.2分子的纯振动光谱35
2.2.3分子的振-转光谱37
2.3朗伯-比尔定律38
2.4傅里叶变换红外光谱获取39
2.4.1迈克耳孙干涉仪39
2.4.2干涉图的获取40
2.4.3有限分辨率的影响42
2.4.4光谱的形成48
2.4.5FTIR的结构56
2.5本章小结63参考文献63
第3章煤矿气体红外光谱预处理方法65
3.1光谱基线处理65
3.1.1光谱基线发生漂移的原因66
3.1.2光谱基线处理方法70
3.2平滑处理84
3.2.1红外光谱噪声来源与特点84
3.2.2平滑处理方法87
3.3插值97
3.3.1插值目的97
3.3.2插值方法98
3.4谱带拟合101
3.5光谱差分102
3.6光谱解卷积105
3.7本章小结110参考文献111
第4章煤矿气体红外光谱分析模型112
4.1最小二乘法112
4.1.1前向最小二乘法112
4.1.2逆向最小二乘法116
4.1.3应用示例118
4.2主元回归法120
4.2.1主元回归原理120
4.2.2主元回归算法122
4.2.3应用示例123
4.3偏最小二乘法127
4.3.1偏最小二乘回归原理127
4.3.2偏最小二乘回归算法128
4.3.3应用示例132
4.4神经网络法135
4.4.1神经网络理论基础135
4.4.2神经网络建模方法150
4.4.3应用示例157
4.5支持向量机法166
4.5.1支持向量机理论基础166
4.5.2支持向量机回归学习方法173
4.6本章小结180参考文献181
第5章红外光谱特征变量提取与选择182
5.1光谱定量分析中的常用特征182
5.2特征变量选择算法184
5.2.1前向选择法186
5.2.2后向剔除法188
5.2.3正则化模型188
5.2.4遗传-偏最小二乘法191
5.2.5非线性回归模型的特征变量提取193
5.3特征变量选择应用195
5.3.1常用参量的定量分析195
5.3.2前向选择法196
5.3.3后向剔除法200
5.3.4遗传-偏最小二乘法204
5.3.5套索算法208
5.4本章小结213参考文献213
第6章煤矿气体红外光谱分析系统215
6.1煤矿气体红外光谱分析系统主要部件215
6.1.1红外光谱仪216
6.1.2微型工控机220
6.1.3传感器221
6.1.4除尘除湿装置227
6.1.5双锥形新型气室228
6.1.6多气室切换装置230
6.1.7电源模块设计232
6.2煤矿气体红外光谱分析系统软件设计233
6.2.1光谱扫描模块的结构236
6.2.2分析计算模块的算法及结构237
6.2.3人机交互模块的内容与结构240
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