基于激光誘導擊穿光譜的煤質灰分測定方法研究.pdf

1、灰分指標是衡量煤炭優(yōu)劣的重要標準，根據(jù)這個指標，也可以實現(xiàn)煤炭的合理使用。在線快速準確的煤質灰分檢測對于正確評價煤的質量和加工利用等都有十分突出的意義，也是解決能源利用效率低和污染環(huán)境等問題的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的煤質灰分檢測方法由于工序繁瑣和費時費力難以適用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。且目前市場上的一些煤質灰分在線檢測手段存在著精度不高、成本昂貴或者存在安全隱患等問題。激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)是利用高能激光作用于靶材料，通過對激光等離子體

2、中的原子、離子發(fā)射的特征譜線進行分析，從而對分析樣品定量檢測的一種分析技術。隨著光譜設備和激光技術的發(fā)展，LIBS由于其無需或僅需簡單的樣品預處理、多元素同步快速測量等優(yōu)勢，逐漸成為一種潛在的工業(yè)過程監(jiān)測技術，同時LIBS對于煤質灰分的在線檢測應用也有著巨大的潛力。
　　等離子體被高能激光誘導產(chǎn)生的過程是非常復雜的，激光能量、觸發(fā)時間、實驗環(huán)境、靶材料的準備、基體效應以及采集數(shù)據(jù)都會對等離子體的產(chǎn)生造成影響，從而影響到定量檢測的結

3、果。LIBS定量分析傳統(tǒng)的方法是定標曲線法，雖然這種方法可以對目標樣品進行相對準確的定量分析，但其精度仍然受到自吸收效應與基體效應的影響。
　　有研究表明偏最小二乘法(PLS)可以減小基體效應對LIBS定量分析結果的影響，進而可以有效提高LIBS的檢測精度。且與其他類型建模方法相比，偏最小二乘法有著計算任務小，穩(wěn)定簡單，主成分確定，易于定性解釋等突出優(yōu)點。對于實現(xiàn)煤質灰分的準確在線快速檢測有著自身的優(yōu)勢。
　　本論文是LIB

4、S技術在煤質灰分在線檢測領域的應用探討，將煤質灰分含量作為測量目標，將定量分析作為研究對象，利用實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)分別對PLS建模方法在對LIBS光譜數(shù)據(jù)的處理中進行了研究探討。
　　論文前兩章介紹了選題的背景與意義，系統(tǒng)綜述了在線測灰的必要性和局限性、目前灰分在線檢測的幾種方法。通過對比優(yōu)缺點引入了新興的激光誘導擊穿光譜分析技術。同時介紹了激光誘導擊穿光譜分析法的原理，探討了等離子體的形成機理及其特性，也對激光誘導擊穿光譜的定性

5、分析進行了介紹。
　　論文第三章介紹了激光誘導擊穿光譜定量分析模型，包括傳統(tǒng)定標模型，內定標模型、自由定標模型以及自相關分析模型。之后引入了新興的偏最小二乘法。重點介紹了偏最小二乘法的算法思想、理論基礎。同時也對偏最小二乘法的性質以及建模推導進行了詳細介紹。
　　論文的第四章利用了激光誘導擊穿光譜的模擬數(shù)據(jù)分別對煤質灰分進行了定量分析的探討，數(shù)據(jù)采用Kennard-Stone設計方法選取了相應的訓練集與預測集，利用PLS算法

6、進行了建模，對預測集的定量分析進行了驗證，結果表明，LIBS技術結合PLS方法能夠檢測出煤質中灰分整體含量，而且通過對不同程度噪聲下光譜數(shù)據(jù)的分析，驗證了PLS模型的魯棒性與適用性。
　　第五章對于實驗數(shù)據(jù)進行分析，同樣采用了PLS建模方法，利用K-S算法選取了相應的訓練樣本與預測樣本，用所建立模型進行對預測樣本的預測。預測結果的平均相對誤差(REP)約為8.43％。對于模擬數(shù)據(jù)，預測結果的平均相對誤差(REP)約為0.0106，