钨合金、铝合金的激光诱导击穿光谱聚类识别探究
发布时间：2021-04-02 20:03
二次资源的回收利用是我国工业绿色、可持续发展的助推器。随着工业的发展,金属材料因其优异的性能而被广泛应用于各个领域。在金属合金的加工与应用过程中,每年都要产生大量的工业报废制品、加工废料及各类加工边角废料等。如何合理地利用这些二次资源已成为了中国促进工业绿色发展、构建绿色制造体系的关键任务。而目前我国每年的所产生的金属废料规模、废料的回收比例却未见详细准确的统计报道;此外,金属合金废料由于重量等原因,常会将不同种类、不同成分的金属合金混杂堆放,造成资源回收困难。因此,快速、简便地对种类繁杂的金属合金废料进行识别、分类成为了二次资源循环利用的先决条件。激光诱导击穿光谱（LIBS）是近年来发展快速的一种分析技术,具有快速、全元素分析、实时、原位、远距离检测等优点,已广泛应用于塑料、土壤、肉类、钢铁等的识别研究,大多采用最小二乘判别分析法、簇类独立软模式、人工神经网络、支持向量机、随机森林等算法来建立模型。LIBS采用激光能量为200 mJ来保证样品的充分激发并尽可能的减少颗粒飞溅的影响。信号收集参数通过ICCD来设置,依据等离子体的时间演变特性设定采集延时5μs来避开韧致辐射和复合辐射产生...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同原子光谱、质谱原理对比图??ＬＩＢＳ的光谱通常包含着丰富的化学信息以及其它相关信息，不同类型样品的所??ＬＩＢＳ
到样品表面时，如果激??光的功率密度能够高于材料的击穿阈值（通常低于１?ＧＷ／ｃｍ２），激光聚焦点处的物??质原子会吸收光子的能量，被瞬间加热至高温而解离；原子的外层电子逃逸形成自由??电子，自由电子在激光的作用下，会对原子进行碰撞轰击；原子被轰击将进行电离并??产生新的电子，这些电子继续轰＿原子使之电离，就这样形成雪崩效应，使得大量原??子在短时间内电离，最终形成大量高温等离子体，因此，这种等离子体产生方式称为??激光诱导等离子体（Ｌａｓｅｒ－ｉｎｄｕｃｅＰｌａｓｍａ，ＬＩＰ）?。图１．２给出了激光诱导等离子体??演化周期示意图［２２］。??Ｐｌａｓｍａ?ｌｉｆｅｔｉｍｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ??Ｐｌａｓｍａ?ｉｇｎｉｔｉｏｎ?Ｔｈｅｒｍａｌ?ｖａｐｏｒｉｓａｔｉｏｎ?Ｐｌａｓｍａ?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｓｐｅｃｉｆｉｃ??ｅｍｉｓｓｉｏｎ??ＩＩＩ??Ｓｈｏｃｋ?ｗａｖｅ???＾?＊－—＾?］?１—＾?；???Ｓａｍｐｌｅ?Ｃｏｌｄ?ｐｌａｓｍａ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??图１．２激光诱导等离子体演化周期示意图??在激光脉冲作用结束后，等离子体将迅速向周围扩散；随着辐射和热传导作用的??进行，等离子体逐渐冷却并衰减，在此期间，受激离子和原子从高能态转变为低能态，??辐射出一定频率包含元素信息的离子线、原子线和分子线，据此来实现各元素的定性??定量分析。最终等离子体消失，样品表面会形成剥蚀坑［２３］。??１．２．２激光诱导等离子体光谱分析??激光诱导等离子体包含着大量的受激发的离子、原子和分子，以及众多自由电子，??如图１．３所示。伴随着高能级向低能级的跃迁，等离
?１文献综述???／?＼?／?？?Ｉ、Ｉ?？—?＞?Ａｔｏｍｓ，ｉｏｎｓ??？＂＾Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ??＊?Ｆｒｅｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ??图１．３激光诱导等离子体内部粒子组成图??在等离子体中，辐射类型多样，具体可以分为三种：??（１）轫致辐射，即自由电子在做热运动时，与离子之间发生碰撞而产生的辐射。??（２）复合辐射，是离子在与自由电子作用后以光子来释放能量辐射。??（３）特征辐射，是处于束缚态下的电子在能级跃迁时所产生的辐射，可生成线??状的特征光谱。??ＬＩＢＳ光谱中的主要连续背景都是由前两种辐射构成，而特征辐射可以被用来获??取实验样品中的组成成分信息＠１，因此需要明确区分两种辐射。这两种辐射在出现时??间和衰减率等方面有着较为明显的区别。连续辐射主要出现在初期，其衰减较快，可??以持续几十个纳秒；之后特征辐射开始出现，且持续时间较长，可持续至上百个微秒。??因此，ＬＩＢＳ可以对信号采集延时和门宽进行设置，来避开连续辐射，采集尽可能多??的特征辐射［２５］。??对于收集到的等离子体辐射，利用某些特定谱线信息，结合已知数据库中相应谱??线参数，ＬＩＢＳ光谱就可以对等离子体的特征进行描述，为下一步利用化学计量学方??法进行分析识别提供支持。??１＊３基于ＬＩＢＳ的献识别施及研??ＬＩＢＳ用来获取收集待测物的“化学指纹”，近些年来得到了工业界的青睐［２６】。??ＬＩＢＳ被广泛用于各类工业制品的识别分类，如矿石岩屑［２７，２８］、爆炸物残渣［２９，３Ｑ］、生??物组织ｍ］、塑料岡、玻璃等［３３】。??然而，由于ＬＩＢＳ的瞬态特性，其灵敏度和精密度都不尽如人意，低于其他常用??原子发射光谱方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性[J]. 王莉,傅院霞,徐丽,宫昊,杨浩. 吉林大学学报(理学版). 2020(01)
[2]激光诱导击穿光谱结合GA-BP-ANN检测炉渣中Ca[J]. 马翠红,马云望. 激光与红外. 2019(12)
[3]Over-sampling algorithm for imbalanced data classification[J]. XU Xiaolong,CHEN Wen,SUN Yanfei. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2019(06)
[4]近红外光谱结合小波变换-随机森林法快速定量分析甲醇汽油中甲醇含量[J]. 李茂刚,闫春华,薛佳,张天龙,李华. 分析化学. 2019(12)
[5]基于XGBOOST的恒星光谱分类特征数值化[J]. 张枭,罗阿理. 光谱学与光谱分析. 2019(10)
[6]基于轨迹段DBSCAN的船舶轨迹聚类算法[J]. 江玉玲,熊振南,唐基宏. 中国航海. 2019(03)
[7]随机森林算法研究综述[J]. 吕红燕,冯倩. 河北省科学院学报. 2019(03)
[8]中国原子光谱技术及应用发展近况[J]. 杭乐,徐周毅,杭纬,黄本立. 光谱学与光谱分析. 2019(05)
[9]基于K-means的手肘法自动获取K值方法研究[J]. 吴广建,章剑林,袁丁. 软件. 2019(05)
[10]我国废旧金属循环再生与利用[J]. 王鹏程. 中国资源综合利用. 2019(01)
博士论文
[1]集成微区成像的LIBS系统实现及应用研究[D]. 王华东.中国科学技术大学 2019
[2]激光诱导击穿光谱增强特性及应用研究[D]. 李业秋.吉林大学 2019
硕士论文
[1]激光诱导击穿光谱技术结合化学计量学方法在城市大气颗粒污染源解析中的初步应用研究[D]. 李楠.西北大学 2019
[2]基于优化的xgboost模型的商业银行电话营销效果分析[D]. 徐彬心.兰州大学 2017
[3]基于K-means算法及层次聚类算法的研究与应用[D]. 乔端瑞.吉林大学 2016
[4]基于改进的GBDT算法的乘客出行预测研究[D]. 王天华.大连理工大学 2016
[5]基于PCA算法的人脸识别系统研究[D]. 张利芳.中北大学 2015
[6]K-means聚类方法的改进及其应用[D]. 李荟娆.东北农业大学 2014
[7]基于激光诱导击穿光谱技术的岩屑识别方法研究[D]. 田野.中国海洋大学 2013
[8]X射线荧光光谱分析法在钨矿检测中的应用与研究[D]. 徐晶.江西理工大学 2012
本文编号：3115876
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同原子光谱、质谱原理对比图??ＬＩＢＳ的光谱通常包含着丰富的化学信息以及其它相关信息，不同类型样品的所??ＬＩＢＳ
到样品表面时，如果激??光的功率密度能够高于材料的击穿阈值（通常低于１?ＧＷ／ｃｍ２），激光聚焦点处的物??质原子会吸收光子的能量，被瞬间加热至高温而解离；原子的外层电子逃逸形成自由??电子，自由电子在激光的作用下，会对原子进行碰撞轰击；原子被轰击将进行电离并??产生新的电子，这些电子继续轰＿原子使之电离，就这样形成雪崩效应，使得大量原??子在短时间内电离，最终形成大量高温等离子体，因此，这种等离子体产生方式称为??激光诱导等离子体（Ｌａｓｅｒ－ｉｎｄｕｃｅＰｌａｓｍａ，ＬＩＰ）?。图１．２给出了激光诱导等离子体??演化周期示意图［２２］。??Ｐｌａｓｍａ?ｌｉｆｅｔｉｍｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ??Ｐｌａｓｍａ?ｉｇｎｉｔｉｏｎ?Ｔｈｅｒｍａｌ?ｖａｐｏｒｉｓａｔｉｏｎ?Ｐｌａｓｍａ?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｓｐｅｃｉｆｉｃ??ｅｍｉｓｓｉｏｎ??ＩＩＩ??Ｓｈｏｃｋ?ｗａｖｅ???＾?＊－—＾?］?１—＾?；???Ｓａｍｐｌｅ?Ｃｏｌｄ?ｐｌａｓｍａ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??图１．２激光诱导等离子体演化周期示意图??在激光脉冲作用结束后，等离子体将迅速向周围扩散；随着辐射和热传导作用的??进行，等离子体逐渐冷却并衰减，在此期间，受激离子和原子从高能态转变为低能态，??辐射出一定频率包含元素信息的离子线、原子线和分子线，据此来实现各元素的定性??定量分析。最终等离子体消失，样品表面会形成剥蚀坑［２３］。??１．２．２激光诱导等离子体光谱分析??激光诱导等离子体包含着大量的受激发的离子、原子和分子，以及众多自由电子，??如图１．３所示。伴随着高能级向低能级的跃迁，等离
?１文献综述???／?＼?／?？?Ｉ、Ｉ?？—?＞?Ａｔｏｍｓ，ｉｏｎｓ??？＂＾Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ??＊?Ｆｒｅｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ??图１．３激光诱导等离子体内部粒子组成图??在等离子体中，辐射类型多样，具体可以分为三种：??（１）轫致辐射，即自由电子在做热运动时，与离子之间发生碰撞而产生的辐射。??（２）复合辐射，是离子在与自由电子作用后以光子来释放能量辐射。??（３）特征辐射，是处于束缚态下的电子在能级跃迁时所产生的辐射，可生成线??状的特征光谱。??ＬＩＢＳ光谱中的主要连续背景都是由前两种辐射构成，而特征辐射可以被用来获??取实验样品中的组成成分信息＠１，因此需要明确区分两种辐射。这两种辐射在出现时??间和衰减率等方面有着较为明显的区别。连续辐射主要出现在初期，其衰减较快，可??以持续几十个纳秒；之后特征辐射开始出现，且持续时间较长，可持续至上百个微秒。??因此，ＬＩＢＳ可以对信号采集延时和门宽进行设置，来避开连续辐射，采集尽可能多??的特征辐射［２５］。??对于收集到的等离子体辐射，利用某些特定谱线信息，结合已知数据库中相应谱??线参数，ＬＩＢＳ光谱就可以对等离子体的特征进行描述，为下一步利用化学计量学方??法进行分析识别提供支持。??１＊３基于ＬＩＢＳ的献识别施及研??ＬＩＢＳ用来获取收集待测物的“化学指纹”，近些年来得到了工业界的青睐［２６】。??ＬＩＢＳ被广泛用于各类工业制品的识别分类，如矿石岩屑［２７，２８］、爆炸物残渣［２９，３Ｑ］、生??物组织ｍ］、塑料岡、玻璃等［３３】。??然而，由于ＬＩＢＳ的瞬态特性，其灵敏度和精密度都不尽如人意，低于其他常用??原子发射光谱方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性[J]. 王莉,傅院霞,徐丽,宫昊,杨浩. 吉林大学学报(理学版). 2020(01)
[2]激光诱导击穿光谱结合GA-BP-ANN检测炉渣中Ca[J]. 马翠红,马云望. 激光与红外. 2019(12)
[3]Over-sampling algorithm for imbalanced data classification[J]. XU Xiaolong,CHEN Wen,SUN Yanfei. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2019(06)
[4]近红外光谱结合小波变换-随机森林法快速定量分析甲醇汽油中甲醇含量[J]. 李茂刚,闫春华,薛佳,张天龙,李华. 分析化学. 2019(12)
[5]基于XGBOOST的恒星光谱分类特征数值化[J]. 张枭,罗阿理. 光谱学与光谱分析. 2019(10)
[6]基于轨迹段DBSCAN的船舶轨迹聚类算法[J]. 江玉玲,熊振南,唐基宏. 中国航海. 2019(03)
[7]随机森林算法研究综述[J]. 吕红燕,冯倩. 河北省科学院学报. 2019(03)
[8]中国原子光谱技术及应用发展近况[J]. 杭乐,徐周毅,杭纬,黄本立. 光谱学与光谱分析. 2019(05)
[9]基于K-means的手肘法自动获取K值方法研究[J]. 吴广建,章剑林,袁丁. 软件. 2019(05)
[10]我国废旧金属循环再生与利用[J]. 王鹏程. 中国资源综合利用. 2019(01)
博士论文
[1]集成微区成像的LIBS系统实现及应用研究[D]. 王华东.中国科学技术大学 2019
[2]激光诱导击穿光谱增强特性及应用研究[D]. 李业秋.吉林大学 2019
硕士论文
[1]激光诱导击穿光谱技术结合化学计量学方法在城市大气颗粒污染源解析中的初步应用研究[D]. 李楠.西北大学 2019
[2]基于优化的xgboost模型的商业银行电话营销效果分析[D]. 徐彬心.兰州大学 2017
[3]基于K-means算法及层次聚类算法的研究与应用[D]. 乔端瑞.吉林大学 2016
[4]基于改进的GBDT算法的乘客出行预测研究[D]. 王天华.大连理工大学 2016
[5]基于PCA算法的人脸识别系统研究[D]. 张利芳.中北大学 2015
[6]K-means聚类方法的改进及其应用[D]. 李荟娆.东北农业大学 2014
[7]基于激光诱导击穿光谱技术的岩屑识别方法研究[D]. 田野.中国海洋大学 2013
[8]X射线荧光光谱分析法在钨矿检测中的应用与研究[D]. 徐晶.江西理工大学 2012
本文编号：3115876
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