[发明专利]基于激光诱导和SIMCA分类法的矿井突水水源识别装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光诱导和SIMCA分类法的矿井突水水源识别装置，用于根据已知水样的PCA模型对被测水体进行识别，其特征在于：该装置包括激光器、浸入式探头、光探测器、光谱分析模块和识别模块，其中激光器与浸入式探头通过光纤连接，激光器将激光打入涌水点的被测水体，被测水体受激辐射发出荧光，由浸入式探头实时接收荧光信号，经光纤传输至光探测器；采用至少两路并行光探测器，同时分别读取设定的各个波段的荧光信号；光谱分析模块根据光探测器输出的荧光信号，并进行滤波和A/D转换，经过数据整合后输出一路完整波段的荧光光谱数据；识别模块根据输入的被测水体的荧光光谱数据以及已知水样的PCA模型，基于SIMCA算法判断被测水体属于哪种已知水样。

2.根据权利要求1所述的矿井突水水源识别装置，其特征在于：所述光探测器为4个，所述光谱分析模块为FPGA，所述FPGA通过内部编程对4路并行光探测器进行控制，规定各光探测器采集的荧光光谱波段分别为400-499nm、500-599nm、600-699nm和700-799nm波段，将4路荧光光谱数据按顺序进行数据整合，输出400-799nm完整波段的荧光光谱数据。

3.根据权利要求1所述的矿井突水水源识别装置，其特征在于，所述识别模块判断被测水体属于哪种已知水样，具体执行如下操作：

读取被测水体的荧光光谱数据，采用移动平均法对该光谱数据进行数据预处理；

分别计算被测水体与不同已知水样的拟合偏差，以及总体偏差；

在显著性程度α＝5％的情况下，进行F检测，将F的计算值与临界值进行比较，若F的计算值小于临界值，则被测水体属于该F的计算值对应的已知水样。

4.一种基于激光诱导和SIMCA分类法的矿井突水水源识别方法，用于根据已知水样的PCA模型对被测水体进行识别，其特征在于：该方法包括以下步骤：

激光器将激光打入涌水点的被测水体，被测水体受激辐射发出荧光，由浸入式探头实时接收荧光信号，经光纤传输至光探测器；

采用至少两路并行光探测器，同时分别读取设定的各个波段的荧光信号；

获取光探测器输出的荧光信号，进行滤波和A/D转换，经过数据整合后输出一路完整波段的荧光光谱数据；

根据被测水体的荧光光谱数据以及已知水样的PCA模型，基于SIMCA算法判断被测水体属于哪种已知水样。

5.根据权利要求4所述的矿井突水水源识别方法，其特征在于：所述光探测器为4个，采用FPGA通过内部编程对4路并行光探测器进行控制，规定各光探测器采集的荧光光谱波段分别为400-499nm、500-599nm、600-699nm和700-799nm波段，将4路荧光光谱数据按顺序进行数据整合，输出400-799nm完整波段的荧光光谱数据。

6.根据权利要求4所述的矿井突水水源识别方法，其特征在于，所述判断被测水体属于哪种已知水样，包括以下步骤：

读取被测水体的荧光光谱数据，采用移动平均法对该光谱数据进行数据预处理；

分别计算被测水体与不同已知水样的拟合偏差，以及总体偏差；

在显著性程度α＝5％的情况下，进行F检测，将F的计算值与临界值进行比较，若F的计算值小于临界值，则被测水体属于该F的计算值对应的已知水样。