第33卷，第11期 2013年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
汽轮机油中含水量的近红外光谱研究
陈彬，刘阁，张贤明
重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆400067
Vol. 33,No. 11 -pp2959-2963
November ; 2013
摘要汽轮机油在使用过程中会因为种种原因混人水分，使油液理化性能发生变化，影响系统的正常工作，采取合理的措施有效地对汽轮机油中的含水量进行分析一直是汽轮机油的研究热点之一。应用近红外光谱技术结合连续投影算法(SPA)实现了汽轮机油中含水量的分析，通过对汽轮机油中含水量为0～ 0.156%的57个油样进行光谱扫描，运用原始光谱、一阶导数光谱和多项式最小二乘拟合求导算法Savitz-ky-Golay(SG)的不同预处理方法，并应用SPA提取近红外光谱的有效波长，以相关系数（r)和均方根误差（RMSE作为模型评价指标对汽轮机油中含水量进行广研究。结果表明原始光谱经过一阶导数与SG预处理后，应用SPA提取近红外光谱的16个特征波长，作为最小二乘支持向量机（LS-SVM)模型的输入变量，建立了SPA-LS-SVM模型。运用此模型对验证集样本进行预测的相关系数和均方根误差分别为0.9759和 2.6568X10-”，说明应用SPA结合近红外光谱技术来检测汽轮机油中含水量是可行的，并能获得满意的预
测精度，为进一步应用光谱技术进行汽轮机油中其他污染物的检测提供了新的方法，关键词近红外光谱；油中含水量；连续投影算法；LS-SVM模型
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964 /j issn. 1000-0593(2013 )11-2959-05
尔费体法测定结果之间有良好的一致性。
近红外光谱含有大量的允余信息，不利于提高预测模型的精度，而连续投影算法（successiveprojectionsalgorithm，
汽轮机油在使用的过程中会因为种种原因混入水分，使油液理化性能发生变化门，是仅次于固体颗粒物的一种污染"」。因而有效地分析油中的含水量，及时采取合理的治理措施一直是工业用油的研究热点之一。
现代近红外光谱是近年来发展最快的光谱分析技术，它研究的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息3。汽轮机油的主要结构和组分在近红外区能得到稳定而明显的光谱信息，因此，近红外光谱分析技术可用于油中含水量的检测分析。
Voort等基于试剂反应和红外差谱技术提出了一种测定润滑油中水含量的方法，根据红外光谱的C一O峰强度计算出水的浓度。但对汽轮机油中水含量的分析存在较大的误差。Voort等为了克服上述方法的缺点，又提出了一种溶剂萃取的方法」，表明水含量在86×10-6～2100×10-范围内都取得了较好的结果。王玲"用傅里叶变换近红外光谱技术(FT-NIRS)结合偏最小二乘法(PLS)建立乙睛水分定量分析模型，结果表明菜籽油水分含量用FT-NIRS分析和卡
收稿日期：2013-04-08，修订日期：2013-07-12
SPA)由Araujo在研究多元校正过程中提出的一种降维方法，能够从光谱信息中充分寻找含有最低限度的允余信息的变量组，使得变量之间的共线性达到最小。
本文以汽轮机油近红外光谱为样本，划分校正集和验证
集，引人连续投影算法，接照波长对含水量的责献值大小进行筛选，获取降维光谱矩阵，以多元校正回归模型的预测相关系数和预测均方根误差作为评价指标，建立最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型，为汽轮机油中含水量的快速检测和
准确判断换油时期提供一种理论依据， 1实验部分
1.1汽轮机油中含水量近红外光谱的采集
试验油样共57组，试验在温度25℃、湿度60%的实验室环境中进行。采用46#汽轮机油经过TY-ⅡI/1000型专用滤油机充分蒸发脱水5h后作为“纯”油使用，油样中含水量范围为0%～0.156%。把配好的油样放到超声波清洗机中振
基金项目：国家自然科学基金项目（51375516），重庆市自然科学基金项目（csle2011jA90001），重庆市教育科学技术研究项目（KJ120721），
重庆工商大学博士基金项目(1152001)和重庆高校优秀成果转化项目(KJZH11211)资助
作者简介：陈彬，1972年生，重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心副教授
e-mail : hustchl@ 163. com