一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法
【专利摘要】一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法，该方法首先利用碳分子谱线强度补偿了碳原子谱线强度；再通过光谱信息表征由于烧蚀质量、等离子体温度和电子密度的变化而引起的谱线强度波动，建立了碳原子谱线强度的光谱标准化方程；最后利用循环迭代算法求解光谱标准化方程，得到了碳原子的光谱标准化强度。根据碳原子光谱标准化强度和碳元素浓度的线性关系，建立了反映碳元素浓度与碳原子谱线强度、碳分子谱线强度、以及表征烧蚀质量、等离子体温度和电子密度的波动量之间关系的定标模型。该定标模型消除了挥发分含量，以及烧蚀质量、等离子体温度和电子密度的波动对测量的影响，测量精度和预测准确性得到明显提高。
【专利说明】一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的烟煤碳含量测量的数据处理方法。【背景技术】
[0002]近年来，激光诱导击穿光谱技术(简称LIBS)由于具有快速、无需样品预处理和多元素同时测量等优点，在煤质在线检测上具有很大的应用潜力。但是，该技术目前对煤这类的复杂样品的测量精度和准确性较差，限制了该技术在煤质在线检测上的工业化应用。为了提高LIBS的测量精度，一些研究者提出了基于激光诱导等离子体发射光谱标准化的元素测量方法(申请号:201110218408.2专利文献)和简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法(申请号:201110218162.9专利文献)等方法。这些方法利用待测元素浓度与待测元素谱线强度、以及表征烧蚀质量、等离子体温度和电子密度的波动量之间关系，补偿了烧蚀质量、等离子体温度和电子密度的波动对测量的影响，使得测量精度和准确性有明显提升。然而，将上述方法直接应用于烟煤碳含量计算时，难以准确建立光谱标准化方程，主要问题在于:煤的组分和结构十分复杂，具有明显的基体效应，降低了待测元素浓度和光谱标准化强度之间的线性度；在测量光谱区间内，一般只有两条可用的碳原子谱线强度，采用两条碳原子谱线强度之和表征碳元素的总粒子数不够准确。因而需要建立适用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的 是针对目前的激光诱导击穿光谱技术对于烟煤碳含量测量精度低和准确性差的缺点，提供一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法。
[0004]本发明的技术方案是:
[0005]一种用于烟煤含碳量测量的光谱标准化方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
[0006]I)对于一组碳含量不同的烟煤定标样品中的一个样品，利用激光诱导击穿光谱测量系统对样品表面的不同位置进行检测，每个位置得到一幅包含碳原子谱线、碳分子谱线、Ha谱线，以及硅、铝、铁、钙和镁中至少一种元素的原子谱线和离子谱线的光谱；
[0007]2)对每个位置测量得到的光谱，计算碳原子谱线强度I。和碳分子谱线强度1。2 ；计算激光诱导击穿光谱测量系统的各测量通道的所有光谱强度之和ITi，其中i表示第i个测量通道；选取硅、铝、铁、钙和镁元素中某一元素的两条原子谱线或两条离子谱线，计算
f I λ
In f，其中I1和I2分别表示两条原子谱线强度，或分别表示两条离子谱线强度；利用洛
V^i /
伦兹线型拟合计算Ha656.27nm谱线的半高宽Λ λ stark ；
[0008]3)对于这组烟煤定标样品中的其余样品，每个样品重复步骤I)和2)，然后求取这
(I \(J λ
组烟煤定标样品的不同位置测量得到的In f的平均值作为标准值In f ，求取这组烟
K JK1I Jo煤定标样品的不同位置测量得到的Ha谱线半高宽Λ Xstarit的平均值作为Ha谱线半高宽的标准值(△ λ—)。；
[0009]4)以碳含量C为目标，以碳原子谱线强度I。和碳分子谱线强度1。2为变量，进行多元线性回归，得到回归方程:
[0010]C=Ii1I^n2 Ic2+n3(I)
[0011]其中ηι，η2，η3为回归系数；
[0012]由回归系数计算碳分子谱线强度1。2补偿后的碳原子谱线强度:
[0013]Iij=Ic^n2Ic2Ai1(2)
[0014]5)建立补偿后的碳原子谱线强度的光谱标准化方程:
[0015]5.1)对每个烟煤定标样品，计算由不同位置测量得到的补偿后的碳原子谱线强度Iij的平均值，作为碳原子光谱标准化强度Iij (ns0, T0, ne0)的初值；以Iij (ns0, T0, ne0) -1ij为目标，以
【权利要求】
1.一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)首先对于一组碳含量不同的烟煤定标样品中的一个样品，利用激光诱导击穿光谱测量系统对样品表面的不同位置进行检测，每个位置得到一幅包含碳原子谱线、碳分子谱线、Ha谱线，以及硅、铝、铁、钙和镁中至少一种元素的原子谱线和离子谱线的光谱； 2)对每个位置测量得到的光谱，计算碳原子谱线强度I。和碳分子谱线强度1。2;计算激光诱导击穿光谱测量系统的各测量通道的所有光谱强度之和ITi，其中i表示第i个测量通道；选取硅、铝、铁、钙和镁元素中某一元素的两条原子谱线或两条离子谱线，计算In十，其中I1和I2分别表示两条原子谱线强度，或分别表示两条离子谱线强度；利用洛伦兹线型拟合计算Ha656.27nm谱线的半高宽
2.根据权利要求1所述的一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法，其特征还在于:步骤2)中所述的光谱强度是指由激光诱导击穿光谱测量系统测量得到的任一波长位置处的强度；步骤2)中所述的碳原子谱线强度是指碳原子谱线所在波长范围内的所有光谱强度之和，或者是对碳原子谱线进行洛伦兹线型拟合而得到的谱线面积；步骤2)中所述的碳分子谱线强度是指碳分子谱线所在波长范围内的所有光谱强度之和；步骤2)中所述的硅、铝、铁、钙和镁元素中某一元素的原子谱线强度或离子谱线强度是指该元素的原子或离子谱线所在波长范围内的所有光谱强度之和，或者是对该元素的原子或离子谱线进行洛伦兹线型拟合而得到的谱线面积。
【文档编号】G01N21/63GK103604781SQ201310560353
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】王哲, 李雄威, 李政, 倪维斗 申请人:清华大学