[发明专利]一种用于烟煤碳含量测量的光谱标准化方法

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。

主权项

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_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：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I_ij的平均值，作为碳原子光谱标准化强度I_ij(n_s0,T₀,n_e0)的初值；以I_ij(n_s0,T₀,n_e0)-I_ij为目标，以I_TiC、C、和(Δλ_stark-(Δλ_stark)₀)C为变量，进行多元线性回归，得到光谱标准化方程：Iij(ns0,T0,ne0)=Iij+Σi=1mb1iITiC+b2C+b3(ln(I2I1)-(ln(I2I1))0)C+b4(Δλstark-(Δλstark)0)C---(3)]]>其中b_1i,b₂,b₃,b₄为回归系数，m为激光诱导击穿光谱测量系统的测量通道的数量；5.2)由光谱标准化方程和每个定标样品的不同位置测量得到的光谱，计算得到每个定标样品的不同位置测量所对应的碳原子光谱标准化强度；对每个定标样品，计算不同位置测量所对应的碳原子光谱标准化强度的平均值，作为碳原子光谱标准化强度I_ij(n_s0,T₀,n_e0)的新值；以I_ij(n_s0,T₀,n_e0)-I_ij为目标，以I_TiC、C、和(Δλ_stark-(Δλ_stark)₀)C为变量，进行多元线性回归，得到光谱标准化方程的一组新的回归系数；5.3)不断重复步骤5.2），直到所得到的定标样品的碳原子光谱标准化强度和碳含量的定标曲线的拟合优度达到最大值，将最后得到的定标样品的碳原子光谱标准化强度作为最终的定标样品的碳原子光谱标准化强度；6）建立定标方程：根据碳含量和碳原子光谱标准化强度的线性关系式，C=kI_ij(n_s0,T₀,n_e0)+b                     （4）得到定标方程：C=kIC+kn2IC2/n1+b1-k(Σi=1mb1iITi+b2+b3(ln(I2I1)-(ln(I2I1))0)+b4(Δλstark-(Δλstark)0))---(5)]]>其中k和b为碳含量和碳原子光谱标准化强度线性拟合的系数；7）待测烟煤样品碳含量的预测：对于待测烟煤样品，按照步骤1）和2）所述方法进行检测，利用定标方程（5）求得待测烟煤样品的碳含量C。