基于激光诱导击穿光谱技术的煤质分析仪研制

发布时间：2020-07-29 14:38

【摘要】：激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)通过强脉冲激光烧蚀样品表面激发出等离子体,然后探测等离子体的发射谱线,是一种可以对样品可探测的所有元素同时分析的测量技术。LIBS技术具有测试快速、多元素同时分析、支持在线测量以及远程测量等优点,是近年来发展迅速的一种测量技术,在钢铁、水泥以及水质监测等领域已经有了很多研究进展和相关应用。煤质检测领域中由于煤种类繁多,成分复杂,且对各类工业指标分析结果要求较高,传统检测方法所需的时间及资金成本较大,目前市面上还没有较好的快速煤质分析仪器。LIBS煤质分析仪可以对生产线上的煤类产品进行元素成分和工业指标的智能、快速监测分析,对提高生产效率具有很大帮助,有很大的应用价值。针对LIBS在煤质检测行业的应用目标,本文从原理出发,结合实际应用,实现了 LIBS快速煤质分析仪的样机研发,并且进行了实地测试,满足国家相关标准和要求。研究工作主要包括:(1)根据煤成分复杂的特点,提出采用偏最小二乘法建立煤的工业指标预测模型,分析了影响LIBS测量光谱稳定性及重复性的几种因素;(2)设计和研制了一套基于光晶格实验中的激光相位锁定系统,分析了激光相位对光晶格中原子对比度的影响;(3)研究不同光路结构对系统稳定性的影响,选择合适器件和最佳结构进行设计制作,完成了分析仪整体机箱以及相关模块的装配;(4)完成实验室测试并前往山西进行现场测试,测试结果均达到国家标准。本论文中LIBS激光煤质分析仪的实现,为煤质快速在线检测提供一种新的方法,也为LIBS的相关应用奠定了一定的理论基础。图50幅,表5个,参考文献68篇。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TQ533
【图文】：

煤质检测,光谱技术,激光诱导,仪器

西窝工程大学硕士学位论文逡逑优势．？该技术能实现快速同时分析。逡逑限制：无法对Ｃ、Ｈ等轻元素进行分析，且测量精度和灵敏度不高＞逡逑（３）中子活化瞬发丫射线分析法。该技术原理是热中子或快中子打在原子核上被其逡逑吸收，并放出ｙ光子，由于每种核素发射出的ｙ射线都是特定的，通过分析计算Ｙ射逡逑线的强度和能量可以得出被测物质中的核素种类和含量。逡逑优势：该技术要用于测定煤质的灰分，可工业现场连续测试。逡逑限制：逡逑１）其测量结果受煤中高原子序数元素（如Ｆｅ）含量波动影响较大；逡逑２）放射源的保养及日常护理难度较高，屒全隐患大，维护费用高；逡逑３）适用于大型煤炭研究生产领域，难以广泛被相关企业接受。逡逑

生物医学,熔融态,特征谱线,病原体

逡逑基于激光诱导的不同材料的分类，ＬＩＢＳ光谱有很多重要的应用，包括：工业控逡逑制［３＿５］、环境诊断柯、生物医学［８—１１］、安全［１２＿１３］、历史文化遗产［１４—１５］、法ｇ［１６４７］等等＊逡逑对于工业应用，主要利南ＬＩＢＳ快速、远距离以及在线检测等优点，例如钢水检测、逡逑水泥检测等；对于环境诊断，则利用了邋ＬＩＢＳ对样品制备要求低以及可以制作小型手逡逑持式设备，便于现场测试的优点，例如水质监测、垃圾分类检测等；对于生物Ｅ学，逡逑和文物鉴定来说，利用了邋ＬＩＢＳ多元素同时分析以及对样晶损伤小的优点；对于安全逡逑监测，贝＿用了邋ＬＩＢＳ快速以及远距离检测的优点。在不同的应用场景，有一些近年逡逑来流行的建模算法，例如基于数据维度降低的主成分分析法（ＰＣＡ）邋［１８？］，神经网络逡逑（Ｓｅｌｆ－Ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ邋Ｍａｐｓ－ＳＯＭ）邋［２１］以及偏最小二乘喊＿邋（ＰＬＳ）等等》逡逑针对ＬＩＢＳ可以远距离、接触式测试的特点，可以将ＬＩＢＳ检测技术应用在传逡逑统检测方法无法实现的应用场最中？■例如对钢水的实时检测、在核工业中对核燃料的逡逑检测，甚至美面对火星的探测中也用到了邋ＬＩＢＳ探测技术。逡逑ｈｏｕｓｉｎｇ逡逑

研究团队,威尔士,牙齿,纳秒级

ＬＨ邋）／ｌ＼邋ｍｍｉｍ邋ｍｍｉ逡逑ｐｌｉ＾ｙ邋＼逦丨＿总夬~|}0：修；逡逑图１－３核工业中核燃料的ＬＩＢＳ检测示例逡逑如图１－４所示，在文物鉴定以及考古发现方面，ＬＩＢＳ凭借其对样品几乎完成可逡逑以无损检测、多元素同时分析以及快速检测的优势，可以直接应用于考古以及文物鉴逡逑定现场，直接完成测试。通过得到的ＬＩＢＳ光谱不但能够直接提取出样品元素的组成逡逑信息，还可以通过不＿元素之间的比例关系得到Ｅ多其他信息，例如文物可能所属的逡逑时代等。逡逑■邋Ｉ邋＼邋ｆ逡逑４２２４邋ｉ邋ｔ邋ｈ逡逑ＨｉＪ－邋＾邋Ｐ逡逑＾逦Ｖ逦３００逦３３０逦３６０逦３９０逦４２０逦４５０逦４８０逦５１０逦５４０逦５７０逦６００逡逑＂｛ＳＶ逦ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋［ｎｍ］逡逑图１－４文物考古中ＬＩＢＳ检测示例逡逑最早在１９９９到２００１年间，布尔锘大学和威尔士斯旺西大学的研究团队使用ＬＩＢＳ逡逑技术在牙齿相关应用发表了多篇文章［２３＿２５］，他们使用ｌ0６４ｎｍ的纳秒级激光器对牙齿逡逑４逡逑

【参考文献】