[发明专利]一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法

说明书

技术领域

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

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

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。

本发明的技术方案是：

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：

1）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_C和碳分子谱线强度I_C2；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I_Ti，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Δλ_stark；

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1）和2），然后求取这组烟煤定标样品的不同位置测量得到的的平均值作为标准值求取这组烟煤定标样品的不同位置测量得到的Ha谱线半高宽Δλ_stark的平均值作为Ha谱线半高宽的标准值(Δλ_stark)₀；

4）以碳含量C为目标，以碳原子谱线强度I_C和碳分子谱线强度I_C2为变量，进行多元线性回归，得到回归方程：

C=n₁I_C+n₂I_C2+n₃                （1）

其中n₁,n₂,n₃为回归系数；

由回归系数计算碳分子谱线强度I_C2补偿后的碳原子谱线强度：

I_ij=I_C+n₂I_C2/n₁                  （2）

5）建立补偿后的碳原子谱线强度的光谱标准化方程：