现代科技信息检索与利用作业范文

报告编号：1301002成绩：教师：《现代科技信息检索与利用》研究生考查试卷检索报告课题名称：光纤光谱技术在DDS蒸煮终点预测中的研究与应用检索人：于东伟检索日期：2014年4月15日检索完成日期：2014年4月27日陕西科技大学2014检索课题名称中文：光纤光谱技术在DDS蒸煮终点预测中的研究与应用英文：ResearchonOn-lineMeasurementofCookingEndpointwithOpticalFiberSpectruminDisplacementDigesterSystems检索目的熟悉图书馆检索文献的方法步骤；把老师在课堂上讲的只是和实践很好的结合；检索与本课题相关的文献，了解本课题目前的背景、研究现状以及需要解决的问题，指导本课题的研究方向和侧重点。二、检索课题的科学技术要点本课题研究的目的和意义：置换蒸煮系统（DisplacementDigesterSystems）是美国CabTec公司在Beloit公司的低能耗RDH纸浆技术的基础上发展而来的，可通过多个置换阶段实现化学品与热能的置换回用，是一项高效节能、绿色环保的间歇式制浆技术。虽然我国已经成功引进了多套DDS置换蒸煮系统，但蒸煮终点预测、DDS控制系统设计等关键技术一直被国外垄断。其中，蒸煮终点的控制在制浆蒸煮工段十分重要，也是制浆行业一直未能很好解决的问题。DDS蒸煮是一个连续的生产过程，不同于传统的间歇式蒸煮过程，且传统间歇蒸煮过程中先取样后经实验室滴定检测从而判定蒸煮终点的方法因存在较大滞后性和误差而不再适用。因此，研究如何及时准确的控制蒸煮终点对造纸工业的意义重大。国内、外研究现状：国内在蒸煮终点预测的研究与应用方面，重点集中于找到能适合我国制浆工厂生产实际的、具有可操作性的模型。国内的大部分模型都选用某些代表时刻的有效碱测量浓度和此时的H因子作为模型的重要辅助变量，以此来概括难以测量的初始装锅条件的影响。但存在测量精度低、通用性差、应用范围小和局限条件多的缺陷。国外一些研究机构从置换蒸煮工艺机理、深度脱木素特性、蒸煮装置、DDS蒸煮终点卡伯值的在线测量、控制算法研究和控制系统设计等方面做了大量的理论和应用研究工作，为该技术的产业化奠定了基础睁。特别是在制浆蒸煮过程蒸煮终点软测量技术的研究方面，开发了不同的模型和控制策略，取得了一定的效果。蒸煮同样卡伯值的纸浆，其纸浆质量的稳定性和得率明显高于我国。但国外的软测量模型和控制策略不适合我国制浆造纸工业自动化程度普遍偏低的现状。本课题的创新点：针对置换蒸煮终点难以在线判断这一难题，本课题在介绍置换蒸煮工艺机理的基础上，拟提出一种利用光纤光谱来在线测量蒸煮终点的有效方法。通过现代光纤光谱技术，定量分析循环加热阶段溶出到黑液中的木素含量，从而推断出纸浆中的残余木素含量；并采用多元二项式回归的方法来处理所选波段中多个波长处的黑液吸光度数据，建立了线性回归模型。避免了传统卡伯值测量模型通用性差、应用范围小和局限条件多的缺陷，可实现对置换蒸煮终点的有效预测。三、检索手段及检索范围国内数据库：检索系统：CNKI知识网络服务平台万方数据库中文科技期刊全文数据库重庆维普检索文档（数据库名称）：中国期刊全文数据库中国博士学位论文全文数据库学术期刊数据库学位论文数据库中文科技期刊全文数据库重庆维普数据库检索词：置换蒸煮、光纤在线测量、蒸煮终点、软测量检索策略：“置换蒸煮”并“蒸煮终点”并“光纤在线测量”或“软测量”国外数据库检索：检索系统：1.ACS全文电子期刊2.EiVillage文献数据库3.SpeciakSciDBS(国道数据网络)检索文档（数据库名称）：1.ACS全文电子期刊数据库2.EiVillage文献数据库3.SpecialSciDBS(国道数据网络)检索词：DisplacementDigesterSystems、Opticalfiberon-linemeasurement、CookingEndpoint、SoftMeasurement检索策略：“DisplacementDigesterSystems”and“CookingEndpoint”and“OpticalFiberOn-lineMeasurement”or“SoftMeasurement”四、检索结果国内检索结果：（仅列出相关文献的序号、题名）1.光谱技术在制浆蒸煮过程纸浆卡伯值在线测量中的应用研究2.置换蒸煮（DDS）过程蒸煮终点软测量的研究3.井下流体光纤在线光谱分析仪关键技术4.置换蒸煮系统（DDS）的发展及应用5.间歇蒸煮过程软测量建模综述6.提高制浆蒸煮过程纸浆Kappa值软测量精度的研究7.近红外光谱技术在制浆造纸分析中的应用8.近红外光谱分析技术在造纸工业中的应用9.纸浆卡伯值在线测量的研究进展10.基于BP神经网络的蒸煮卡伯值预测模型国外检索结果：（仅列出相关文献的序号、英文题名及中译题名）1.MeasuringandControllingModelofPulpKappaNumberwithSpectroscopyduringBatchSulfitePulpingProcess可见光光谱技术在亚硫酸盐浆卡伯值在线测量中的应用2.OnlineMonitoringofKappaNumberduringBatchPulpingbyVisibleSpectroscopy近红外光谱技术在间歇式蒸煮卡伯值在线测量中的应用3.Softmeasurementofpapersmoothnessbasedontime-frequencyanalysisofpaperquantizationnoise基于时频分析的纸张光滑度在线软测量4.AsoftmeasurementmethodofconductanceontheSOFCelectrode一种新型制浆过程黑液波美度的软测量方法5.SoftmeasurementmethodforvehicleyawratebasedonadaptiveKalmanfilter基于自适应卡尔曼滤波器的汽车横摆角速度软测量方法6.SoftmeasurementmethodofacrylonitrileyieldbasedonRBFnetwork基于RBF神经网络的丙烯腈得率软测量方法五、检索结论1.光谱技术在制浆蒸煮过程纸浆卡伯值在线测量中的应用研究主要内容：本论文针对间歇蒸煮过程中纸浆卡伯值在线测量的困难和问题，提出了一个新的测量思路：应用现代光谱技术，采用逆推的反向思路，通过测量溶出到蒸煮液中的木素含量，去预测残留在纸浆中的木素含量，从而实现蒸煮过程纸浆卡伯值的在线测量。按照上述测量思路，从光谱测量原理出发，推导出了在每锅次的木片装锅量L0一定的情况下，亚硫酸盐法蒸煮过程纸浆卡伯值光谱法在线测量的基本数学模型为：Ka=-V／ηkb·A+B式中V为蒸煮锅内的总液量，η为反映蒸煮原料的参数，k为蒸煮液中的木素吸光系数，b为测量光程，A为蒸煮液的吸光度，B为常数。考虑每锅次木片装锅量L0的波动，引入修正因子ε，提出上述基本模型的修正模型为：Ka=-V／kbη·A+ε·B式中，修正因子ε的确定根据工厂的实际经验和我们研究的经验公式推算得出。2.置换蒸煮（DDS）过程蒸煮终点软测量的研究主要内容：本文在介绍置换蒸煮工艺机理的基础上，针对其蒸煮终点难以判断这一问题，从以下几个方面展开了工作。首先，文章提出了置换蒸煮终点神经网络软测量的方法。蒸煮终点是制订蒸煮时间的依据，对纸浆质量以及能耗有着直接影响。目前较为科学可靠的蒸煮终点判定法是依靠卡伯值，以及其它影响因素共同确定。由于蒸煮过程的复杂性，蒸煮终点卡伯值的在线检测非常困难。文中提出利用神经网络软测量的方法，通过比较容易测量的辅助变量来间接测量纸浆卡伯值，从而确定置换蒸煮的终点。在该软测量模型中，纸浆卡伯值作为模型的主导输出变量，硫化度、H因子和有效碱浓度作为模型的输入变量。其次，分别采用RBF和BP神经网络两种方法建立置换蒸煮终点卡伯值软测量模型，并进行对比分析。在其RBF软测量模型的基础上，介绍了该模型在DCS控制系统中的实现问题。置换蒸煮DCS系统是以SIEMENSS7-400PLC作为硬件开发平台，WinCC和Step7为软件开发平台。上位机不仅要完成WinCC软件设计，还要实现与MATLAB软件的对接，将置换蒸煮终点软测量技术嵌入到DCS控制系统中。最后，在对置换蒸煮DCS控制系统设计的基础上,文章还对H因子计算、蒸煮锅上中下温度一致性控制、蒸煮锅压力控制等一系列控制要点提出了解决方案。3.井下流体光纤在线光谱分析仪关键技术主要内容：利用离散光谱法实现了可应用于井下原油在线成分分析的光纤在线测量系统。给出井下流体的光谱测量的基本原理以及建立还原模型的基本算法。传统的全谱测量方式很难满足井下应用要求,为此提出了波长选择算法以简化传统光谱测量系统设计。该波长选择算法以全光谱数据为基础进行波长筛选,最终选取了11个特征光谱来代替传统的全谱扫描。以测得的吸收谱线为基础进行模型精度实验,实验表明利用离散光谱点建立还原模型和利用全光谱建立的模型具有很好的一致性。采用离散光谱法简化了系统结构,并可应用于井下在线分析。该系统可同时对井下油、气、水进行检测,也能对原油和油基钻井泥浆混合物进行在线测量,测量误差仅为2%。

4.置换蒸煮系统（DDS）的发展及应用主要内容：为了解决我国造纸厂蒸煮工段污染严重、生产效率低的问题,DDS置换蒸煮系统引起了越来越多的关注。该系统尽可能地利用蒸煮过程产生的黑液,从而达到环保、节能、降耗的目的。本文在简述其发展及应用的基础上,重点介绍DDS置换蒸煮的工艺特点及其优越性,并与其它间歇蒸煮进行了详细地比较。5.间歇蒸煮过程软测量建模综述主要内容：蒸煮是制浆造纸的重要一环。蒸者过程的复杂性、不确定性导致了过程参数检测的困难。文中对间歇蒸煮过程中的软测量建模技术进行了综述。从建立软测量模型的方法、影响模型性能的因素以及模型的在线校正等方面,结合实际应用进行了详细讨论。分析了将软测量模型应用到蒸煮过程中存在的问题及原因,对将来的发展趋势作了简要展望。6.提高制浆蒸煮过程纸浆Kappa值软测量精度的研究主要内容：本论文从现有蒸煮过程卡伯值软测量研究的不足和一些尚未进行研究的技术、方法的角度出发,通过增加过程信息量、采用简单有效的数据预处理方法、分析复杂工况下的升温曲线、采用外推性能好的新型建模方法及建立优势互补的混合模型等方法来提高蒸煮过程纸浆Kappa值软测量的精度，并且在软测量建模过程中综合利用各种理论、方法，充分挖掘数据中的有用信息，以达到提高软测量精度的目的。本论文通过深入、系统的研究，取得了以下有益的结果：1.提出了一种新的基于双取样点的Kappa值软测量模型。新模型同时利用了大量脱木素起始阶段和残余脱木素起始阶段两个取样点的有效碱浓度，增加了过程的信息量，可以更好地跟踪蒸煮过程Kappa值的变化，特别是在一些复杂工况（如闷锅）下，新模型的预测精度要明显优于原有的Kappa值软测量模型。另外，双取样点的采用，也减小了有效碱浓度的人工测量误差对Kappa值预测精度的影响，从而提高了模型的鲁棒性；2.针对工厂实际建模数据往往污染严重的问题，提出了一种基于模型的建模数据可靠性评价方法。该方法可以利用蕴含在模型中的机理知识和经验知识来对建模数据进行可靠性评价，并将评价结果应用于建模过程。与传统的基于数理统计的数据预处理方法不同，该方法不是盲目地将识别出的异常数据加以剔出，而是对不同质量的数据给予不同的可靠性评价权值，这在一定程度上克服了由于盲目删除异常数据，而造成建模精度没有提高反而下降的问题。论文还将基于模型的数据评价方法和最小二乘建模方法结合起来，提出了基于数据评价的加权软测量建模方法，从而使得到的软测量模型在一定的误差数据存在下，也能保持较好的预测精度。此外，虽然该方法是从数据预处理的角度提出来的，但利用该方法，也可以进行过程工况的识别和划分。

7.近红外光谱技术在制浆造纸分析中的应用主要内容：介绍了近红外光谱分析技术的测定原理、技术特点，重点介绍了近红外光谱在制浆造纸分析中的应用，并对其的应用前景进行展望。8.近红外光谱分析技术在造纸工业中的应用主要内容：综述了近红外(NIR)光谱分析技术的发展、测定原理、技术特点和应用现状，重点介绍了其在制浆造纸领域的应用，并展示了红外光谱分析技术在制浆造纸领域巨大的应用前景。9.纸浆卡伯值在线测量的研究进展主要内容：主要论述了传统卡伯值测量方法的局限性、卡伯值在线测量的方法及其在国内外的研究进展，并对国内造纸企业应用卡伯值在线测量提出了建议。10.基于BP神经网络的蒸煮卡伯值预测模型主要内容：卡伯值反映了纸浆的硬度，是稳定纸浆质量的关键。本文利用BP人工神经网络与工厂实际数据建立了一个简单的卡伯值BP神经网络模型。且介绍了以BP网络为基础的卡伯值预测模型在蒸煮终点预报系统中的应用。将该模型的仿真结果与LUO模型进行比较，可知利用BP人工神经网络进行纸浆卡伯值预测是可行的，且具有很大的理论意义和实用价值。

本课题的主要内容是：在介绍置换蒸煮工艺机理的基础上，拟提出一种利用光纤光谱来在线测量蒸煮终点的有效方法。通过现代光纤光谱技术，定量分析循环加热阶段溶出到黑液中的木素含量，从而推断出纸浆中的残余木素含量；并采用多元二项式回归的方法来处理所选波段中多个波长处的黑液吸光度数据，建立了线性回归模型。避免了传统卡伯值测量模型通用性差、应用范围小和局限条件多的缺陷，可实现对置换蒸煮终点的有效预测。国外检索结论：1.MeasuringandControllingModelofPulpKappaNumberwithSpectroscopyduringBatchSulfitePulpingProcessAimingatthedifficultiesandproblemsofonlinemeasurementofpulpkappanumberduringbatchpulping,thispaperproposesanewmeasuringidea,whichistopredictthelignincontentinpulpthroughthemeasurementofdissolvedligninincookingliquorwithspectraltechnology.Thebasicandmodifiedmathematicalmodelofkappanumberduringsulfitepulpingaswellastheendpointcontrollingmodelareputforwardindetail.Thesiterunningresultshowsthattheintroductionofmodifiedfactorε,whichrepresentsthechangeofthetotalligninamountaddedintothedigester,iseffective.Therefore,theonlinemeasurementofkappanumberandthedeterminationoftheendpointofpulpingcanbeachieved.2.OnlineMonitoringofKappaNumberduringBatchPulpingbyVisibleSpectroscopyAimingatthedifficultiesandproblemsofonlinemeasurementofpulpKappanumberduringbatchpulping,anovelmeasuringideawasproposedtopredictthelignincontentinpulpthroughthemeasurementofdissolvedligninincookingliquorwithspectroscopictechnology.ItwasdiscoveredthatthespectralabsorptionofsulfitecookingliquorfromMasson’spinein460-580nmwaverangeresultedmainlyfromligninsulfonatewithhighmolecularweight,whilesaccharideandwaterinsulfitecookingliquorhavenoobviousabsorption.Thedelignificationstudyshowsthatthesulfitecookingdelignificationprocesscanbeobservedwithselectedvisiblewavelength.MathematicalmodelsofonlineKappanumberdeterminationwithvisiblespectroscopyweredevelopedbychemometricsforbatchsulfitepulping.Afterapplyingtosulfitepulpmill,theresultsshowedthatthenewmeasuringmethodwasmuchbetterthanthemanualmethod:Thefirst-classproportionofpulphasbeenimprovedfrom55%to70%,thepulpKappanumbercouldbecontrolledwithin2units.Withthisnewmethod,itispossiblenotonlytomeasuresulfitepulpKappanumberbutalsotoperformtheendpointcontrollingofthesulfitepulpingprocess.3.Softmeasurementofpapersmoothnessbasedontime-frequencyanalysisofpaperquantizationnoiseAimingattheproblemthatpapersmoothnesscannotbemeasuredonline,anewmethodforsoftmeasurementofpapersmoothnessisputforwardonthebasisofstudyingpaperquantizationdistribution.Asoftmeasurementsystemisestablished,bywhich,paperquantizationnoiseisprocessedbytime-frequencyanalysisandnon-lineartransformation,sothatonlinepapersmoothnesscanbeobtainedthroughaRadialBasisFunctionNeuralNetworks(RBFNNs).Theresultsshowthatthissoftcomputingmethodisafeasiblewaywithhighmeasuringaccuracy.©2011ElsevierLtd.Allrightsreserved.(15refs)4.AsoftmeasurementmethodofconductanceontheSOFCelectrodeFortherequirementsoftheSOFCelectrodeconductancemeasurementprocess,asystemmodelwithathree-tieredstructureandasoftmeasurementmodelofSOFCelectrodeconductanceareestablished.Inviewofmeasurementmodelbeingvulnerabletothechangeoftemperature,themeasurementexperimentadoptsprogrammingcalefactivecontrolbysettingtemperaturesegmentsofdifferentlengths.Thenominaltemperaturesegmentrangeprovidedbythetemperaturecontrolinstrumentislimitedonthespot.Underthiscondition,thispaperpresentsasoftmeasurementmethodbyintroducingpre-dislocationlooptechnologywhichisusedtopositionthetemperatureprogrammingoperationrange,sothemeasurementsystemcanfreelydefinethelengthofthetemperatureprogrammingsegment,andtheheatingprocessachievestheseamlessextension.Intheapplicationofthismethod,thesystemmakesareal-timemeasurementontheSOFCelectrodeconductancecontinuouslywith8∼10hoursasaperiod.Theexperimentresultsshowthat,theSOFCmeasurementprocessisstable,withhighaccuracy,efficiency,andaccessibility.©2010IEEE.(4refs)5.SoftmeasurementmethodforvehicleyawratebasedonadaptiveKalmanfilterWithsoftmeasurementtechnique,thesoftmeasurementalgorithmofvehicleyawrateisproposedbasedonadaptiveKalmanfilterandtwo-degree-of-freedomvehicledynamicmodel.Thisalgorithmcanrealizelinearminimummeansquareerrorestimationofyawrate,andon-lineestimatestatisticalcharacteristicofsystemnoiseandobservationnoiseduringvehiclerunning.Thecontrastiveresultsofsimulationandfieldexperimentverifytheeffectivenessofthisalgorithm.Thetechniqueprovidesafeasible,accurateandlow-costwayforthemeasurementofvehiclestateparameter.(6refs)6.SoftmeasurementmethodofacrylonitrileyieldbasedonRBFnetworkTheredialbasisfunction(RBF)networkiseffectiveinsoftmeasurementmodeling.Ithashighlearningspeedandgoodapproximationfeatures.Basedontheresearchoftheredialbasisfunctionnetworkandthemodelingfeaturesof