无监督数据挖掘辅助激光诱导击穿光谱用于铜冶炼光谱结构解析

发布时间：2021-08-26 12:49

　　在有色冶炼领域,元素成分检测是保证冶炼质量的重要一环。目前国内有色冶炼企业多采用X射线荧光光谱法进行检测,该方法需要样品制备,造成冶炼状态无法实时反馈,严重影响冶炼过程优化。研究了无监督数据挖掘算法辅助激光诱导击穿光谱技术用于铜冶炼光谱结构解析。实验中,首先选择4种铜冶炼物料作为实验样品,然后利用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）激发样品获得18 750个光谱数据,通过盲源分离技术对所有光谱进行分析,最终提取得到3个特征光谱。进一步研究发现,3个特征光谱与Cu、Fe、Ca元素光谱有一一对应关系。在此基础上,提出了LIBS光谱的定量化评价指标,量化结果表明分解模型对18 750个光谱都能达到很高的评分,说明铜冶炼光谱能够良好地被3个特征光谱重构,即铜冶炼光谱存在显著的光谱结构。以上结论在实际应用中具有重要研究价值,可用于光谱快速评价、异常光谱剔除、光谱信号提纯、元素谱线选取、样品定性/半定量分析等,为LIBS技术应用于在线铜冶炼成分分析奠定基础。 

【文章来源】：冶金分析. 2020,40(12)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

铜冶炼过程

在实际测量中，对每个样品分别采集250个光谱，共得到18750个光谱。为保证光谱稳定性，本文只选取第3通道光谱进行分析，该通道波长范围为400～500nm。图2展示了4种物料的原始光谱波形。2.2 光谱分解与重构模型

算法的基本计算步骤如下：（1）首先对所有光谱做预处理，具体操作包括滤波、去均值和方差标准化等，其中滤波用于去除低频的背底趋势项和高频的噪声干扰项；去均值为去除直流分量的影响；方差标准化为除光谱方差，使光谱的幅度保持一致。以上处理流程按顺序执行，保证光谱处理的一致性。（2）将预处理光谱组合为矩阵，基于盲源分离技术对光谱矩阵进行分解，得到多个特征光谱，构建铜冶炼光谱结构框架。（3）利用特征光谱对原始光谱进行分解与重构，建立铜冶炼光谱的成分分解模型。整个流程如图3所示。2.3 特征光谱成分

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导击穿光谱微区分析的研究应用进展[J]. 孙兰香,汪为,田雪咏,张鹏,齐立峰,郑黎明.  分析化学. 2018(10)
[2]一种用于冶金炉前快速分析的新仪器——激光诱导击穿光谱仪[J]. 姚宁娟,陈吉文,杨志军,王海舟.  光谱学与光谱分析. 2007(07)



本文编号：3364272