基于激光诱导击穿光谱技术的铝合金检测研究
发布时间：2021-02-11 05:48
激光诱导击穿光谱技术（LIBS）以其快速分析、无损检测、远距离探测等优势,受到国内外的广泛关注。铝合金又是工业中应用最广泛的有色金属之一。将LIBS技术应用于铝合金中金属元素的检测,为铝合金冶炼在线监测提供了理论依据,对高危冶金环境下的检测工作具有实际意义;基于LIBS技术对不同牌号铝合金进行判别分析,为铝合金废料的分拣技术提供了理论基础,推动了再生有色金属产业的绿色可持续发展。为了提高LIBS检测精度以及降低干扰因素对分析结果的影响,本文在光谱预处理的基础上,基于LIBS技术结合化学计量学方法,建立定性及定量分析模型。研究了12种不同牌号铝合金的全光谱主成分分析（PCA）,根据载荷得分选取11条特征谱线,建立了基于特征谱线的偏最小二乘判别（PLS-DA）模型和支持向量机（SVM）模型,最后利用ROC曲线对模型进行评估。实验结果表明:SVM模型的AUC参数及识别准确率均略高于PLS-DA模型,但两种模型对铝合金牌号均具有较强的识别能力,证明了LIBS技术结合化学计量学方法对铝合金牌号进行判别分析的可行性。确定了基于响应面法（RSM）的铝合金微量Mg元素和痕量Ti元素定量分析的LIBS仪...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子体的形成及传播过程
1绪论硕士学位论文4另外，连续的背景辐射谱线、离子辐射谱线与原子辐射谱线的产生与形成时间不一致，LIBS技术是针对原子发射光谱进行分析，因此准确的收集时间对光谱质量以及分析结果有着重要的影响。图1.2是激光诱导等离子体的时间演化示意图。图1.2等离子体时序演化示意图从图中可以看出，在整个演化中都会存在由复合辐射和轫致辐射产生的连续背景谱线，主要来自等离子体持续冷却的过程中自由电子与离子的碰撞与结合。该连续光谱将会干扰原子谱线的质量。在之后的几百纳秒中将产生离子谱线。为了更准确的收集原子特征谱线，获得质量较高的光谱，通常通过延时器来设置一定的延迟时间来控制检测器对光谱的收集，从而能够准确地收集原子特征谱线，为后续的分析打好基矗1.3.2激光诱导击穿光谱技术在不同领域应用现状近年来，LIBS以其多种优势得到了迅速的发展，即几乎无需样品预处理，基本上可检测所有元素，并且能够实现实时原位分析、无损分析、快速分析等。现阶段，LIBS已被应用于环境检测领域、煤质分析领域、地质分析领域、古董鉴定、生物医学领域等。在环境检测领域，LIBS的应用包括对土壤质量的检测、大气中重金属检测以及水体中重金属检测。早在上世纪末，国外的科学家就将LIBS应用于土壤的污染研究。1994年，Alenander[9]等人在国际地球科学与遥感协会上公布了自己的研究成果，指出已经成功用LIBS技术检测出土壤中的As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn等重金属。Bublitz[10]等人应用LIBS进行土壤诊断，并定量分析了德国Hohenschulen和Oderbruch两地的天然土壤表面的金属离子。土壤成分复杂，元素众多，对于重金属污染的检测极易受到基体效应
硕士学位论文基于激光诱导击穿光谱技术的铝合金检测研究92LIBS光谱检测实验分析本章首先通过选择合适的仪器与光路搭建铝合金LIBS光谱检测实验系统，获取铝合金LIBS光谱信号，并对采集的光谱进行预处理，减小仪器参数、实验环境等因素对实验结果的影响。介绍了本文对铝合金进行定性及定量分析的方法，并规定了铝合金定量分析特征谱线的选取原则。2.1LIBS实验系统装置图2.1是用于检测铝合金的LIBS实验系统装置图。主要包括激光器、光路聚焦与光路收集系统、三维样品台、检测系统、计算机与延时器等电子设备。激光器产生脉冲光束，调节三维样品台，使光束通过光路聚焦系统聚焦于铝合金表面，对其进行加热，铝合金表面由于吸收了光子能量而发生熔化、蒸发等现象，形成包含原子、分子、离子、电子和其他基团粒子的高温等离子体。等离子体在演化的过程中产生代表原子特性的线状光谱，由光路收集系统收集并耦合至光纤，传输至光谱仪，光谱数据由光谱仪中的CCD转换成电信号并传输至计算机系统对铝合金进行定性及定量分析。整个装置通过美国斯坦福研究系统公司的DG645数字延时器，保持了激光光源的触发、CCD的曝光采集以及光谱仪门控的时序一致性。图2.1LIBS实验系统装置图1-数字延时器；2-脉冲激光器；3-激光；4-反射镜；5-二向色镜；6-球面反射镜组；7-等离子体；8-待测样品；9-三维样品台；10-抛物面反射镜；11-光纤耦合器；12-光纤；13-光谱仪；14-计算机系统。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维花状硅酸镁富集-X-射线荧光光谱法测定水中痕量铅锌铜[J]. 朱万军,翟晓颖,黄人瑶,冯拥军,袁懋,陈旭,杨文胜. 分析化学. 2018(09)
[2]锌溶液中痕量Cu2+、Co2+的检测光谱预处理方法[J]. 朱红求,陈俊名,阳春华,李勇刚,龚娟. 光学学报. 2019(01)
[3]ICP-AES方法和ICP-MS、AAS方法的比较[J]. 袁春伟. 新疆有色金属. 2018(S1)
[4]激光诱导击穿光谱的自组织特征映射结合相关判别对天然地质样品分类方法研究[J]. 闫梦鸽,董晓舟,李颖,张莹,毕云峰. 光谱学与光谱分析. 2018(06)
[5]基于偏振分辨LIBS技术的土壤重金属检测研究[J]. 余洋,赵南京,孟德硕,马明俊,兰智高. 中国激光. 2018(08)
[6]缅甸翡翠中铁元素的激光诱导击穿光谱定量检测[J]. 王亚军,袁心强,石斌,石美钰,张倩,陈涛. 光谱学与光谱分析. 2018(01)
[7]激光诱导击穿光谱技术定量分析SF6中的痕量O[J]. 杨文斌,李斌成. 光谱学与光谱分析. 2017(12)
[8]微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁硅铝磁芯中铝和硅[J]. 吴永明,陶武,杨倩倩,杜效,王继龙,郭飞飞. 冶金分析. 2017(06)
[9]基于电极富集的水体重金属LIBS检测灵敏度研究[J]. 王园园,赵南京,马明俊,方丽,余洋,孟德硕,谷艳红,贾尧,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2017(03)
[10]电感耦合等离子体发射光谱法/质谱法检测地衣样品中主次微量元素的方法优化[J]. 赵良成,姜云军,郭秀平,李星,王亦丹,郭小彪,路峰,刘华杰. 光谱学与光谱分析. 2016(10)
本文编号：3028626
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子体的形成及传播过程
1绪论硕士学位论文4另外，连续的背景辐射谱线、离子辐射谱线与原子辐射谱线的产生与形成时间不一致，LIBS技术是针对原子发射光谱进行分析，因此准确的收集时间对光谱质量以及分析结果有着重要的影响。图1.2是激光诱导等离子体的时间演化示意图。图1.2等离子体时序演化示意图从图中可以看出，在整个演化中都会存在由复合辐射和轫致辐射产生的连续背景谱线，主要来自等离子体持续冷却的过程中自由电子与离子的碰撞与结合。该连续光谱将会干扰原子谱线的质量。在之后的几百纳秒中将产生离子谱线。为了更准确的收集原子特征谱线，获得质量较高的光谱，通常通过延时器来设置一定的延迟时间来控制检测器对光谱的收集，从而能够准确地收集原子特征谱线，为后续的分析打好基矗1.3.2激光诱导击穿光谱技术在不同领域应用现状近年来，LIBS以其多种优势得到了迅速的发展，即几乎无需样品预处理，基本上可检测所有元素，并且能够实现实时原位分析、无损分析、快速分析等。现阶段，LIBS已被应用于环境检测领域、煤质分析领域、地质分析领域、古董鉴定、生物医学领域等。在环境检测领域，LIBS的应用包括对土壤质量的检测、大气中重金属检测以及水体中重金属检测。早在上世纪末，国外的科学家就将LIBS应用于土壤的污染研究。1994年，Alenander[9]等人在国际地球科学与遥感协会上公布了自己的研究成果，指出已经成功用LIBS技术检测出土壤中的As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn等重金属。Bublitz[10]等人应用LIBS进行土壤诊断，并定量分析了德国Hohenschulen和Oderbruch两地的天然土壤表面的金属离子。土壤成分复杂，元素众多，对于重金属污染的检测极易受到基体效应
硕士学位论文基于激光诱导击穿光谱技术的铝合金检测研究92LIBS光谱检测实验分析本章首先通过选择合适的仪器与光路搭建铝合金LIBS光谱检测实验系统，获取铝合金LIBS光谱信号，并对采集的光谱进行预处理，减小仪器参数、实验环境等因素对实验结果的影响。介绍了本文对铝合金进行定性及定量分析的方法，并规定了铝合金定量分析特征谱线的选取原则。2.1LIBS实验系统装置图2.1是用于检测铝合金的LIBS实验系统装置图。主要包括激光器、光路聚焦与光路收集系统、三维样品台、检测系统、计算机与延时器等电子设备。激光器产生脉冲光束，调节三维样品台，使光束通过光路聚焦系统聚焦于铝合金表面，对其进行加热，铝合金表面由于吸收了光子能量而发生熔化、蒸发等现象，形成包含原子、分子、离子、电子和其他基团粒子的高温等离子体。等离子体在演化的过程中产生代表原子特性的线状光谱，由光路收集系统收集并耦合至光纤，传输至光谱仪，光谱数据由光谱仪中的CCD转换成电信号并传输至计算机系统对铝合金进行定性及定量分析。整个装置通过美国斯坦福研究系统公司的DG645数字延时器，保持了激光光源的触发、CCD的曝光采集以及光谱仪门控的时序一致性。图2.1LIBS实验系统装置图1-数字延时器；2-脉冲激光器；3-激光；4-反射镜；5-二向色镜；6-球面反射镜组；7-等离子体；8-待测样品；9-三维样品台；10-抛物面反射镜；11-光纤耦合器；12-光纤；13-光谱仪；14-计算机系统。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维花状硅酸镁富集-X-射线荧光光谱法测定水中痕量铅锌铜[J]. 朱万军,翟晓颖,黄人瑶,冯拥军,袁懋,陈旭,杨文胜. 分析化学. 2018(09)
[2]锌溶液中痕量Cu2+、Co2+的检测光谱预处理方法[J]. 朱红求,陈俊名,阳春华,李勇刚,龚娟. 光学学报. 2019(01)
[3]ICP-AES方法和ICP-MS、AAS方法的比较[J]. 袁春伟. 新疆有色金属. 2018(S1)
[4]激光诱导击穿光谱的自组织特征映射结合相关判别对天然地质样品分类方法研究[J]. 闫梦鸽,董晓舟,李颖,张莹,毕云峰. 光谱学与光谱分析. 2018(06)
[5]基于偏振分辨LIBS技术的土壤重金属检测研究[J]. 余洋,赵南京,孟德硕,马明俊,兰智高. 中国激光. 2018(08)
[6]缅甸翡翠中铁元素的激光诱导击穿光谱定量检测[J]. 王亚军,袁心强,石斌,石美钰,张倩,陈涛. 光谱学与光谱分析. 2018(01)
[7]激光诱导击穿光谱技术定量分析SF6中的痕量O[J]. 杨文斌,李斌成. 光谱学与光谱分析. 2017(12)
[8]微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁硅铝磁芯中铝和硅[J]. 吴永明,陶武,杨倩倩,杜效,王继龙,郭飞飞. 冶金分析. 2017(06)
[9]基于电极富集的水体重金属LIBS检测灵敏度研究[J]. 王园园,赵南京,马明俊,方丽,余洋,孟德硕,谷艳红,贾尧,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2017(03)
[10]电感耦合等离子体发射光谱法/质谱法检测地衣样品中主次微量元素的方法优化[J]. 赵良成,姜云军,郭秀平,李星,王亦丹,郭小彪,路峰,刘华杰. 光谱学与光谱分析. 2016(10)
本文编号：3028626
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