摘要：常规的煤质在线检测方法以灼烧称重的形式为主,经过采样、化验等多个环节,影响了煤质分析的准确性。因此,本文设计了基于libs的燃煤电厂煤质在线智能检测方法。提取燃煤电厂煤质光谱特征,分析光谱线上的化学、物理状态信息。基于libs构建燃煤电厂煤质在线智能检测模型,映射光谱特征与煤质指标之间的关系。使用定标检测电厂煤质单变量元素,建立libs光谱数据定量关系,准确检测单元素的含量。本文采用对比试验,试验结果表明该方法的检测准确性更高,能够应用于实际。

摘要：SCR催化剂对于NOx的催化还原效率下降主要源于烟气的侵蚀,以及烟气中氯(Cl)与钒(V)发生反应生成挥发性氯化钒,导致催化剂的活性成分流失所致。所以,快速准确地检测催化剂中的活性成分是催化剂制备和失活诊断的重要工作。本文基于激光诱导击穿光谱技术(libs),提出一种快速检测电厂SCR催化剂中V和钨(W)的含量的方法。实验中,采用波长为1064nm的Nd:YAG脉冲激光器作为激发源,并采用CCD光谱仪实现激光诱导催化剂样品的等离子体发射光谱信号的采集。为了提高检测准确度及重复性,实验样品是采用高纯度的V2O5、WO3、TiO2(纯度高于99%)制备而成。通过对实验参数如延迟时间、烧蚀光斑尺寸,以及数据处理方法的优化,实验样品的libs分析准确度较高,验证样品W和V元素含量相对误差低于5%。实验结果表明,在钒浓度为0.1-1.3%,钨浓度为0.8-9.5%时,libs检测的相对标准偏差为8%。研究结果表明本文所提出的方法可以实现电厂SCR催化剂中V和W含量的快速准确检测。

摘要：为了提高激光诱导击穿光谱技术(libs)检测煤粉颗粒流时光谱信号的质量和检测结果的可靠性,根据颗粒流的检测特点,设计了一种圆柱形空间约束,并分析了其对libs直接检测煤粉颗粒流的实验系统的优化效果。先后对比分析了添加约束前后煤中一些重要元素的特征谱线的绝对强度、信噪比(SNR)和脉冲到脉冲间的相对标准偏差(RSD)等重要信息。结果表明:圆柱形空间约束能够有效地提升libs检测煤粉颗粒流的光谱强度和信号的稳定光谱信号的重复性,达到提高检测结果的可靠性的目的。

摘要：我国高速铁路运行距离长,服役环境多变,对车轮钢的性能要求较高。车轮钢的晶粒尺寸直接影响着车轮钢的力学性能,且晶粒的特征和测量对材料科学有着重要的作用,因此为了保证高速列车的安全运行,对高铁车轮的晶粒度等级进行检测是十分必要的。利用激光诱导击穿光谱(libs)实验平台对5个不同晶粒度等级的ER8高速列车车轮钢样品(经过不同热处理得到不同晶粒度等级)进行击穿获取光谱信息,比较了基体元素Fe和合金元素(Cr, Mo, Co)的谱线强度与5个不同晶粒度等级的样品之间的相关性,发现均与样品晶粒度等级存在不同程度的相关性。利用此关系建立以谱线强度为变量的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型,在建立模型前分别采用标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)和Savitzky-Golay卷积平滑方法进行预处理。通过比较各种预处理方法,得出采用SNV预处理后建立的模型效果最佳,建模集误判个数为4个,准确率为95.7%,预测集误判个数为3个,准确率为90%。在SNV预处理方法的基础上,分别选择竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)和CARS-SPA三种波长筛选方法进行波长筛选,比较基于不同特征波长筛选的模型效果,结果表明,使用CARS进行波段筛选后建立的模型效果最佳,建模集误判个数为2个,准确率为97.9%,预测集的误判个数为1个,准确率为96.7%,模型的准确率均高于90%,可以将不同晶粒度等级的样品进行分类。综合分析以上判别分析模型结果,发现结合SNV预处理和CARS波段筛选后的PLS-DA模型的准确率最高。研究表明,采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘判别分析高铁车轮钢晶粒度等级具有一定可行性,可将其用于评估车轮钢表面晶粒度等级,同时也为libs技术应用于不同晶粒度等级的高铁车轮钢研究提供了一定的基础依据。

摘要：可见光高速摄影是研究弹丸侵彻过程的重要方式,然而弹丸侵彻过程中发出的强烈闪光会导致高速摄影丢失诸如着靶、侵入等时刻的关键画面。因此,分析侵彻光谱发生机理、选取合适的侵彻过程光学观察窗口尤为重要。针对400 mm直径高强度钢卵形弹以804 m·s^(-1)侵彻20 cm厚度45^(#)钢靶的实验,设计了光谱瞄准采集设备。利用多模光纤耦合物镜在距离靶板25 m处采集了侵彻全过程积分光谱,采集区覆盖靶板直径431 mm。对侵彻靶板破片中可能存留的弹头熔融物质以及弹托其他样品进行libs(laser induced breakdown spectroscopy)分析,并与侵彻积分光谱成分对比分析。研究表明,侵彻光谱与高速碰撞闪光光谱发生机理相同,均包含连续光谱与线光谱。615~700 nm区间内的平稳积分连续光谱由两部分组成:(a)弹靶少量金属元素和OⅠ、OⅡ发射光谱的展宽积分;(b)少量热辐射光谱积分。侵彻热辐射主要源于剪切应变做功和摩擦做功,然而侵彻光谱中的热辐射强度明显低于高速碰撞光谱,这是弹丸在剪切冲塞、侵彻后大部分动能得以保留造成的;侵彻过程可见光光谱具有明显原子发射谱线,主要来自于金属原子及其一级电离的发射光谱。干扰最强的可见光成分来源于588.88~589.53和766.41~766.43 nm的FeⅠ等离子体线光谱,且由于斯塔克展宽效应,线光谱呈洛伦兹线型,其FWHM(full width at half maximum)可达27 nm。因此,在野外环境侵彻实验中,当Fe为弹靶主要成分时,380~450 nm为可见光高速摄影的最佳观察窗口,可以避免侵彻发光干扰,实现对侵彻全过程拍摄。考虑到大气对该波段的散射影响,应保证高速摄影设备的光通量。

摘要：植物修复是一种绿色有吸引力的重金属污染修复技术。了解重金属在植物体内不同部位的分布,有助于深入了解重金属植物修复的分子机制。激光诱导击穿光谱技术(libs)在元素原位快速分析时拥有突出的技术优势,尤其是具备无需复杂样品前处理、可对固体样品直接分析的突出特点,目前元素扫描成像是libs技术的重要研究及应用方向。设计并搭建了基于纳秒脉冲激光器的元素成像libs装置,系统光斑分辨率50μm,样品移动步距为100μm,成像分析速度为6.25 mm2·min-1,装置可实现自动化扫描,满足实际分析需求,系统采用多通道平面光栅光谱仪,光谱范围180~800 nm,目标元素光谱经基线扣除,峰面积拟合及归一化处理后绘制分布热图,并以伪彩呈现样品不同区域的元素分布。以豌豆为水培植物模型,利用所搭建的元素成像libs装置开展豌豆植株的在体原位元素成像分析,分析了Ni、 Cu、 Cr及Pb重金属在植物体内的差异性分布,并研究了上述四种重金属的吸收途径。结果显示,该元素成像装置可以对植物体内存在的C、 Mg、 Fe、 Ca、 Na、 K等主要基体元素进行有效分析,经过重金属胁迫后,豌豆植物体内存在明显的重金属累积且不同重金属在植株中呈现不同的分布趋势,镍离子在胚轴、胚芽部位大量存在,与镍离子分布不同的是,植株大量吸收铜离子并富集在根部初生结构中;重金属铬在豌豆根的中部和胚芽、胚轴大量积累,而重金属铅则大量富集在胚轴、胚芽中,根尖的含量最少。该研究表明,元素成像libs技术可实现对植物体内多种重金属的在体同时分析,这对辅助研究环境水体重金属污染植物修复的机理有意义,同时可为植物生理学和生态毒理学等领域的相关研究提供装置和新方法。

摘要：在使用libs检测仪对物质进行定性分析检测中,在不同的延时时间下,采集到的光谱信号不同,元素的特征光谱也不同,时间不同,等离子体信号强度不同,信噪比更不同,影响实验分析的结果。传统的脉冲延时器不利于libs仪器的小型化,为此基于Zynq-7000 SoC平台设计出一种脉冲延时系统。针对libs检测中对等离子体信号采集的需要,设计出光电检测模块,利用FPGA实现对目标信号的粗延时和细延时,并且设计出的LCD人机交互模块实时配置系统的延时参数以及对延迟量进行实时显示,利用PS结合PL,实现系统各个模块的通讯。最后与传统用于libs检测的延时器对比成本低,结构简单,而且输出信号稳定性高,精度高,满足使用要求。

摘要：激光诱导等离子体光谱分析技术是一种非接触式实时检测技术,它已成为一种新兴的物质成分与浓度分析手段,并在工业生产等领域有着重要应用。为了使激光诱导等离子体光谱分析技术在极短的时间内同时获得全面的光谱信息,本文设计了一款波段范围为180～400 nm的轻小型中阶梯光栅光谱仪。通过分析其光学性能,确定了系统的结构参数,并对像差进行了分析校正。对汞灯特征光谱进行了测试标定,仪器光谱分辨率在253.652 nm处可达0.036 8 nm,满足激光诱导光谱分析技术对仪器光学性能的需求。

摘要：由于在土壤中包含较多的元素,这些元素谱线不同,造成谱线有吸附性和自蚀现象,导致检测结果准确性较差,为此利用激光诱导击穿等离子体发射光谱(libs)测定土壤中铅的含量。分析libs技术检测原理并设置实验装置,采集与预处理待检测土壤,计算样品等离子体的温度与密度值后,获取土壤样品的组分和含量信息,最后采用最小二乘法实现土壤重金属含铅量的检测。实验结果表明,所提方法土壤重金属含铅量检测值与实际情况相差较小,提高了检测准确性和实时性,可以满足检测方法的设计需求。

摘要：该课题总体目标为研究和开发基于激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,libs）技术的合金成分在线分析仪器,包括研究和设计适用于冶金环境的光学传感器和检测探头,开发先进的光谱数据在线处理方法和智能在线标定模型,设计和实现规范的软件系统,形成功能齐全的原型样机,并在需求迫切的钢铁、有色冶金工业示范应用,达到缩短现有分析仪器的检测时间、提高冶金工业在线检测及自动化水平的目标.