基于LIBS的钢液金属元素定量分析方法研究

发布时间：2017-04-14 17:25

  本文关键词：基于LIBS的钢液金属元素定量分析方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种经典的利用等离子体特征光谱进行定量分析的技术。该技术拥有不需要样本制样、原位检测、多元素同时检测、实时远程非接触测量、元素检测范围广、检测时间短的优势。其在钢铁冶炼方面的应用前景十分广阔。现阶段,对于该技术在钢铁冶炼领域的研究,主要集中在分析算法方向。首先叙述LIBS技术的原理,描述等离子体的从生成到湮灭整个过程中等离子体特征谱线的特性,分析影响等离子体谱线的各个因素。在此基础上,搭建一套贴近工业生产的实验平台。平台把光谱采集设备深入到钢液中,避免了空气环境对实验的干扰。平台上安装有焦距调节装置,改善了激光焦点距离对实验数据的影响。在平台上安装电磁屏蔽设备,减少复杂工业环境对实验设备的影响。对平台收集的特征谱线进行筛选后,去除实验数据的背景噪声,并且用平滑的办法进行滤波。用小波变换法进行自动寻峰,对测量元素进行定性分析。通过对基于LIBS的偏最小二乘(PLS)钢液分析方法原理的解析,列举了PLS的优点和不足之处。由分析可知,PLS分析方法比传统的分析方法更具有优势。对于PLS的不足,采用逐步回归和加权平均的办法进行了改进。通过对采集的Mn、Cr数据的分析,对比了偏最小二乘算法和基于逐步回归的加权平均偏最小二乘算法(WPLS)在测量上的精确度。两者的拟合曲线的线性相关性系数分别为0.991、0.946和0.994、0.978,预测相对误差分别为6.231%、7.611%和5.510%、6.512%。结果表明,改进之后的WPLS算法测量精度更高。
【关键词】：LIBS 钢液 定量分析
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF701.3;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 钢液成分检测技术10-12
• 1.1.1 基于钢液采样的检测技术10-11
• 1.1.2 不需制样的检测技术11-12
• 1.2 激光诱导击穿光谱技术简介12-16
• 1.2.1 LIBS技术原理12-13
• 1.2.2 LIBS技术的现状13-16
• 1.2.3 LIBS技术在钢液分析方面的研究和应用16
• 1.3 研究内容安排16-18
• 第2章 激光诱导击穿光谱技术原理分析18-25
• 2.1 激光诱导下等离子体的生成过程18-19
• 2.2 等离子体的辐射过程19-20
• 2.3 等离子体的谱线强度20-22
• 2.4 激光诱导等离子体特征光谱影响因素22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 基于LIBS的钢液金属元素分析平台的搭建25-36
• 3.1 平台的设计思路25-26
• 3.1.1 平台所要达到的效果25-26
• 3.2 平台的结构26-29
• 3.2.1 平台整体结构26-27
• 3.2.2 内窥镜前部细节27-28
• 3.2.3 平台的光路设计28
• 3.2.4 保护装置28-29
• 3.3 平台各部分简介29-33
• 3.3.1 激光器29-31
• 3.3.2 传输光纤31
• 3.3.3 分光装置31-32
• 3.3.4 中频炉32-33
• 3.4 平台运行33-34
• 3.4.1 工作原理33
• 3.4.2 运行过程33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第4章 特征谱线数据预处理方法36-45
• 4.1 数据筛选36
• 4.2 去除背景36-38
• 4.3 光谱数据平滑滤波38-42
• 4.3.1 滑动平均滤波38
• 4.3.2 S-G滤波38
• 4.3.3 傅立叶变换滤波38-39
• 4.3.4 小波变换滤波39
• 4.3.5 滤波方法选择39-42
• 4.4 基于小波变换的寻峰方法42-43
• 4.4.1 原理简述42-43
• 4.4.2 寻峰步骤43
• 4.5 谱线与元素对应43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 钢液金属元素分析方法研究45-59
• 5.1 传统基于LIBS的钢液分析方法45-48
• 5.1.1 自由定标法45-46
• 5.1.2 外标法46-47
• 5.1.3 内标法47-48
• 5.1.4 传统方法的优缺点48
• 5.2 偏最小二乘分析法48-50
• 5.2.1 偏最小二乘算法48-49
• 5.2.2 加权平均偏最小二乘算法49-50
• 5.3 基于逐步回归的加权平均偏最小二乘分析法50-54
• 5.3.1 用逐步回归进行变量筛选51-53
• 5.3.2 基于逐步回归的加权平均偏最小二乘算法步骤53-54
• 5.4 实验样品54-55
• 5.5 实验结果与对比分析55-58
• 5.5.1 偏最小二乘（ PLS ）分析法55-56
• 5.5.2 基于逐步回归的加权平均偏最小二乘（WPLS ）分析法56-58
• 5.6 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 导师简介65-66
• 作者简介66-67
• 学位论文数据集67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵小侠;罗文峰;张相武;李院院;杨森林;;基于LIBS技术的黄铜等离子体特征参量的研究[J];激光技术;2013年01期

2 吴少波;叶连慧;;LIBS成分分析中元素谱线的自动识别方法[J];仪器仪表学报;2014年03期

3 何莉莉;;LIBS快速检测药用胶囊中铬元素的方法[J];黑龙江科技信息;2014年06期

4 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 王展;柏轲;高小超;;文物成分定性分析新技术——激光诱导击穿光谱(LIBS)[A];中国文物保护技术协会第七次学术年会论文集[C];2012年

2 崔执凤;张先q，

本文编号：306505