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Simultaneous Measurements of Coal Ash Composition by Laser-induced Breakdown Spectroscopy in Different Optical Collection 被引量:4
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作者 YAO Shunchun LU Jidong DONG Meirong ZHENG Jianping LI Jun ZHANG Bo 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期I0008-I0008,10,共1页
针对燃煤组分分布不均匀的特性,研究不同收光模式对激光诱导击穿光谱技术同步测量灰成分的影响。选用具有不同灰成分含量梯度的燃煤样品作为检测对象,对比分析同向收光和侧向收光下灰成分组成元素谱线信号探测的强度和稳定性及SiO2、A... 针对燃煤组分分布不均匀的特性,研究不同收光模式对激光诱导击穿光谱技术同步测量灰成分的影响。选用具有不同灰成分含量梯度的燃煤样品作为检测对象,对比分析同向收光和侧向收光下灰成分组成元素谱线信号探测的强度和稳定性及SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2含量定量分析的精确度。研究结果表明,相同实验条件下同向收光模式的光谱信号稳定性和定量分析精确度更好,检验样品中各灰成分的预测值和参考值之间的拟合度均在0.986以上。而侧向收光模式下探测到的光谱信号强度更强,光谱探测下限可以达到190nm。 展开更多
关键词 激光诱导 光谱仪 粉煤灰 同时测量 击穿 眼镜 组成 安全经济运行
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Laser Induced Breakdown Spectroscopy for Comparative Quantitative Analysis of Betel Leaves from Pakistan 被引量:1
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作者 I Rehan K Rehan +1 位作者 S Sultana R Muhammad 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3295-3302,共8页
Laser induced breakdown Spectroscopy(LIBS)was applied for the elemental analysis and exposure of the heavy metals in betel leaves in air.Pulsed Nd∶YAG(1064 nm)in conjunction with a suitable detector(LIBS 2000+,Ocean ... Laser induced breakdown Spectroscopy(LIBS)was applied for the elemental analysis and exposure of the heavy metals in betel leaves in air.Pulsed Nd∶YAG(1064 nm)in conjunction with a suitable detector(LIBS 2000+,Ocean Optics,Inc)having the optical resolution of 0.06 nm was used to record the emission spectra from 220 to 720 nm.Elements like Al,Ba,Ca,Cr,Cu,P,Fe,K,Mg,Mn,Na,P,S,Sr,and Zn were found to present in the samples.The relative abundances of the observed elements were calculated through standard calibration curve method,integrated intensity ratio method,and weight percentage LIBS approach.LIBS findings were validated by comparing its results with the results obtained using a typical analytical technique of Inductively Coupled plasma-optical emission spectroscopy(ICP-OES).Limit of detection(LOD)of the LIBS system was also estimated for heavy metals.The experience gain through this work implies that LIBS could be highly applicable for testing the quality and purity of food products. 展开更多
关键词 laser induced breakdown spectroscopy(libs) Spectral analysis inductively coupled plasma-optical emission SPECTROMETRY Limit of detection(LOD)
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基于LIBS技术的钢丝表调液Zn元素快速检测分析
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作者 时晨 马明俊 +4 位作者 方丽 赵南京 殷高方 陈富强 张小玲 《激光技术》 北大核心 2025年第2期175-179,共5页
为了实现钢丝表调液在线快速检测,采用滤纸富集钢丝表调液,验证富集方式的可行性;在此基础上研究了pH值对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测结果的影响,并通过匹配标准样pH值分别建立定标曲线,反演某钢丝厂7种表调液中的Zn元素,进行了理... 为了实现钢丝表调液在线快速检测,采用滤纸富集钢丝表调液,验证富集方式的可行性;在此基础上研究了pH值对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测结果的影响,并通过匹配标准样pH值分别建立定标曲线,反演某钢丝厂7种表调液中的Zn元素,进行了理论分析和实验验证。结果表明,Zn含量相同时,随着pH值变化,其LIBS光谱强度有显著差异;不同种类钢丝表调液pH值覆盖-0.91~8.95,针对不同pH值样品,其相关系数均达0.98以上,7种表调液LIBS技术检测与电感耦合等离子体质谱法检测结果之间平均相对误差为-13.09%;用LIBS技术结合pH值匹配建立定标曲线,可实现钢丝表调液中Zn元素快速准确测量。该研究为LIBS技术应用到钢丝生产过程中表调液关键元素的在线检测提供了方法基础。 展开更多
关键词 光谱学 快速检测 激光诱导击穿光谱 重金属 钢丝表调液
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碾磨程度对LIBS鉴别稻米产地准确度的影响
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作者 谢玮萍 徐将 +3 位作者 魏海波 刘林林 姚明印 姚小英 《江西农业大学学报》 北大核心 2025年第2期478-485,共8页
【目的】稻米经碾磨加工改善感官品质,但碾磨过程会掩盖与原产地相关的信息特征,增加稻米产地辨识难度。激光诱导击穿光谱(LIBS)通过全光学方法感知稻米元素组成信息,具备稻米产地快速、绿色鉴别潜力。旨在采集不同碾磨程度的稻米样品L... 【目的】稻米经碾磨加工改善感官品质,但碾磨过程会掩盖与原产地相关的信息特征,增加稻米产地辨识难度。激光诱导击穿光谱(LIBS)通过全光学方法感知稻米元素组成信息,具备稻米产地快速、绿色鉴别潜力。旨在采集不同碾磨程度的稻米样品LIBS光谱,结合随机森林(RF)和逻辑回归(LR)机器学习算法,分析碾磨程度对LIBS鉴别稻米产地准确度的影响。【方法】收集江西省内11处产地稻米,经微、轻度、中度、重度4级碾磨,再压片处理形成LIBS分析样品。对比稻米样品LIBS光谱随碾磨程度的变化,评估采用全光谱数据以及利用极限梯度提升(XGBoost)提取特征光谱时,RF、LR模型对稻米产地的鉴别准确度。【结果】(1)随着碾磨程度的提高,稻米内部矿质元素信息发生变化,LIBS可检测到的稻米成分信息减少,从而对稻米产地鉴别准确度造成一定影响。(2)全光谱数据输入时,LR模型的平均鉴别准确率为89.97%,经XGBoost特征提取后,平均鉴别准确率提升至94.85%;RF模型的鉴别准确率从85.11%提升至94.31%,这表明XGBoost特征提取能够显著增强模型鉴别性能。(3)经光谱特征变量选择后,RF模型微、轻度、中度、重度碾磨鉴别准确率分别为97.64%、93.88%、93.15%、92.55%;LR模型分别为97.76%、94.79%、94.48%、92.36%,相较于RF模型,LR模型体现出更优的鉴别性能。【结论】LIBS方法结合机器学习算法对不同碾磨程度下稻米产地均具有鉴别能力,且碾磨程度越低,鉴别准确率越高。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱(libs) 稻米碾磨程度 产地鉴别 XGBoost 特征提取 机器学习
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深海沉积物中稀土元素浸出及LIBS光谱探测方法研究
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作者 韩焱 杜增丰 +5 位作者 田野 卢渊 石学法 栾振东 于淼 张鑫 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第2期469-475,共7页
深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉... 深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉积物中稀土元素(REY)的技术手段,无法从深海沉积物中准确探测到稀土元素。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有原位、实时、连续、非接触等独特优势,近年逐渐应用到水下元素分析中。由此,提出了一种深海稀土探测新方法,即将深海沉积物中的稀土元素通过无机酸浸出,而后利用LIBS的水下分析能力对深海沉积物浸出液中的离子态稀土元素进行探测。深海沉积物经预处理后,进行了不同无机酸种类和浓度、固液比及时间条件的浸出实验,研究了各个条件对稀土元素浸出过程的影响。通过对比各浸出液中稀土元素的浸出率获得最佳浸出条件,即HNO3浓度1.5 mol·L^(-1)、液固比2∶1、浸出时间5 min。利用LIBS对浸出液中稀土元素(Y、La、Nd)进行分析,光谱经平均处理、波长位移差分算法(WASS)校正后,进行单变量回归(UVR)和偏最小二乘法(PLS)分析。UVR分析获得稀土元素(Y、La、Nd)最佳线性回归结果的回归系数分别为0.87、0.83、0.80,对应检测限为3.55、4.09和5.71μg·g^(-1);PLS获得了显著优于UVR的回归结果,且获得更好的回归系数,分别为0.97、0.99、0.97。分析结果表明,PLS较UVR更适合深海沉积物的定量分析,同时证明了LIBS具有深海原位稀土元素探测的潜能,证实了利用LIBS结合多变量回归分析对深海沉积物中稀土元素进行检测和评价是可行的,为实现LIBS深海稀土探测提供数据支持。 展开更多
关键词 深海沉积物 稀土元素 酸浸 激光诱导击穿光谱
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有机肥料中钙元素LIBS检测精度提升方法
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作者 万奇 徐将 +3 位作者 刘木华 魏海波 黄林 姚明印 《江西农业大学学报》 北大核心 2025年第3期755-763,共9页
【目的】钙是植物生长发育至关重要的宏量必需矿质元素,有机肥料中钙元素快速、绿色检测对提高农作物生产效益具有重要意义。传统化学检测方法依赖化学试剂消解样品,激光诱导击穿光谱(LIBS)作为全光学物质成分分析方法,探索有机肥LIBS... 【目的】钙是植物生长发育至关重要的宏量必需矿质元素,有机肥料中钙元素快速、绿色检测对提高农作物生产效益具有重要意义。传统化学检测方法依赖化学试剂消解样品,激光诱导击穿光谱(LIBS)作为全光学物质成分分析方法,探索有机肥LIBS检测方法符合现代农业绿色快速检测发展需求,但样品基体效应影响LIBS检测效果,而氯化物能有效提升LIBS分析灵敏度,拟研究氯化钠(NaCl)对有机肥料中钙元素LIBS检测精度的影响。【方法】将羊粪肥与土壤按照一定比例混合制成有机肥料样品,再分别掺入NaCl颗粒。在相同试验条件下采集LIBS光谱数据。利用Boltzmann平面法及Stark展宽法分别计算等离子体温度和电子密度,分析NaCl添加对有机肥料等离子体辐射光谱特性的影响。比较支持向量回归(SVR)、偏最小二乘回归(PLSR)和梯度提升决策树(GBDT)3种模型定量结果,研究NaCl对有机肥料中钙元素LIBS定量检测精度的影响。【结果】NaCl添加能够提高有机肥料中钙元素的光谱强度,钙元素光谱特征峰信号平均增加了20%以上。在定量分析中,掺入NaCl的有机肥料中,SVR模型的预测性能效果较好,决定系数R2从0.9005提高到0.9648,均方根误差RMSE由1.9338 g/kg降低至1.1504 g/kg。与未掺入NaCl的有机肥料相比,SVR模型的R2值增加了7.14%,RMSE降低了40.51%。【结论】有机肥料中添加NaCl能够增强钙元素LIBS信号强度。NaCl使有机肥料的等离子体温度和电子密度提升,促进电子与原子之间的碰撞频率,激发出更多高能态原子,从而辐射出更强的有效信号,致使LIBS捕捉到更多的有机肥料的特征信号,结合回归分析算法,提高了有机肥料中钙元素的预测精度和稳定性。本工作为LIBS方法在有机肥料样本的绿色快速检测提供了理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱(libs) 有机肥料 NaCl增强 钙元素 回归分析 精度提升
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矿浆固相浓度、粒度对LIBS测量信号的影响规律及表征方法研究
7
作者 于桐 于洪霞 +2 位作者 张鹏 孙兰香 陈彤 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1334-1340,共7页
激光诱导击穿光谱技术可以直接对矿浆进行在线分析,但由于矿浆基质成分十分复杂,固体颗粒浓度和粒度的变化都会对光谱信号产生影响,使得光谱信号与矿物化学成分之间的关系复杂难以表征。因此,研究矿浆固相浓度、粒度对光谱信号的影响机... 激光诱导击穿光谱技术可以直接对矿浆进行在线分析,但由于矿浆基质成分十分复杂,固体颗粒浓度和粒度的变化都会对光谱信号产生影响,使得光谱信号与矿物化学成分之间的关系复杂难以表征。因此,研究矿浆固相浓度、粒度对光谱信号的影响机制十分重要。为此,使用多种粒度的SiO_(2)粉末与不同质量的水进行配比,得到不同固相浓度、粒度的模拟矿浆样本,并进行LIBS光谱信号采集与数据分析,系统的研究了矿浆固相浓度、粒度对固相和液相中包含元素的特征谱线强度的影响。首先,使用皮尔森相关系数量化评估固相浓度、粒度对LIBS光谱信号的影响。结果显示:在同一固相粒度下,固相浓度与全谱和值及各元素的特征谱线强度之间的相关系数大多高于0.9,说明整体光谱强度随固相浓度的升高而增强;在同一固相浓度下,固相粒度主成分与硅元素特征谱线强度之间的相关系数在0.99左右,说明固相颗粒中元素特征谱线随固相颗粒的增大而减弱。进一步建立了矿浆固相浓度、粒度同步变化时光谱强度与固相浓度、粒度的关系模型,通过模型的拟合优度(R^(2))来分析固相浓度、粒度对LIBS光谱的影响。结果显示:只有硅元素特征谱线强度的固相粒度表征模型的拟合优度可以达到0.9以上,说明单一的固相浓度或粒度无法完全准确地反映样本中各元素特征谱线强度的变化情况;固相浓度、粒度共同表征光谱强度的模型,各元素特征谱线的拟合优度均超过0.9,说明固相浓度和粒度对各元素特征谱线强度的影响是耦合存在的,需要融合多源信息进行综合表征。这些结果为进一步研究基于多源信息融合的LIBS光谱稳定性与定量分析准确性的提升,提供了系统的分析基础。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 矿浆 在线分析 固相浓度 固相粒度
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结合主导因素和多层感知机提高LIBS定量化性能
8
作者 崔佳诚 宋惟然 +3 位作者 姚蔚利 姬建训 侯宗余 王哲 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期1022-1027,共6页
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速崛起的原子光谱分析技术,在煤质分析等领域有广阔的应用前景。近年来,各种机器学习方法已经被用于提高LIBS煤质分析的定量分析能力,并取得了不错的效果。然而这些方法忽视了LIBS的物理机制,因而模型的... 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速崛起的原子光谱分析技术,在煤质分析等领域有广阔的应用前景。近年来,各种机器学习方法已经被用于提高LIBS煤质分析的定量分析能力,并取得了不错的效果。然而这些方法忽视了LIBS的物理机制,因而模型的鲁棒性、适用范围和可解释性受限。为了提高LIBS定量的准确度和可靠性,提出了一种基于主导因素方法(DF)结合多层感知机(MLP)人工神经网络的回归方法,称为DF-MLP。其中,主导因素模型是利用光谱领域知识提取特征变量、并基于物理规律建立的线性回归模型;MLP则是在此基础上,用机器学习方法修正主导因素模型的残差。DF-MLP首次将主导因素方法与多层感知机神经网络结合起来,可以在不降低模型复杂度的前提下充分利用光谱领域知识,提高模型的可解释性,从而改善鲁棒性和适用范围。实验中将DF-MLP与常规MLP、主导因素偏最小二乘(DF-PLSR)、主导因素支持向量机(DF-SVR)对比,在煤质分析的固定碳含量、灰分、挥发分三个任务上均取得了最优结果。均方根误差(RMSEP)相比于常规MLP分别降低了13.21%、14.54%和21.77%,比DF-SVR分别降低了14.75%,23.13%和5.99%。实验结果表明,将领域知识与神经网络方法结合是提高LIBS定量化性能的可行方式。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 主导因素 人工神经网络 煤炭 定量分析
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激光诱导击穿光谱(LIBS)结合随机森林算法(RF)快速定量含油污泥中重金属元素
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作者 李茂刚 周奎 +5 位作者 杏艳 蔡琪 闫春华 张天龙 杜瑶 李华 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第6期767-775,共9页
含油污泥中重金属元素的定量分析对石油石化工业区土壤环境污染情况的评估起着重要作用。首先,使用LIBS光谱仪采集30个含油污泥样品在200~500 nm波段的LIBS光谱,基于原始激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)... 含油污泥中重金属元素的定量分析对石油石化工业区土壤环境污染情况的评估起着重要作用。首先,使用LIBS光谱仪采集30个含油污泥样品在200~500 nm波段的LIBS光谱,基于原始激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)构建用于含油污泥中Cu、Cr和Pb三种重金属元素定量分析的初始随机森林(Random forest,RF)校正模型。然后,探究4种预处理方法,包括归一化(Normalization,Nor)、多元散射校正(Multivariate scattering correction,MSC)、一阶导数(First derivative,D1st)和二阶导数(Second derivative,D2nd)对基于原始LIBS光谱直接建立RF模型预测性能的影响。以经过预处理后的LIBS光谱数据作为初始输入变量构建基于变量重要性(Variable importance measures,VIM)的RF校正模型,并采用袋外误差估计对变量重要性阈值进行了优化。最后,基于优化后阈值和变量数目构建了最优化的RF校正模型。结果表明,优化后的模型对预测集Cu、Cr和Pb三种元素的最优决定系数(Coefficient of determination,R2)分别为0.9801、0.9713和0.9736,最优均方根误差(Root mean square error,RMSE)分别为0.0235、0.0283和0.0252 mg/kg。研究方法可为石油石化工业区含油污泥重金属环境风险监测提供一定的理论与技术参考。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 随机森林 含油污泥 重金属 定量分析
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不同激光波长对铝的LIBS信号影响实验研究
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作者 张利 王春霞 刘云朋 《激光杂志》 北大核心 2025年第3期199-204,共6页
采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对铝样品进行烧蚀,研究1 064 nm和532 nm激光对等离子体发射光谱的影响,对比研究了不同激光波长和能量对光谱信号强度的影响,发现1 064 nm更容易激发非金属元素谱线,而532 nm则更容易激发金属元素原子谱线;... 采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对铝样品进行烧蚀,研究1 064 nm和532 nm激光对等离子体发射光谱的影响,对比研究了不同激光波长和能量对光谱信号强度的影响,发现1 064 nm更容易激发非金属元素谱线,而532 nm则更容易激发金属元素原子谱线;研究不同能量和波长对信号稳定性的影响,发现光谱稳定性不仅与波长有关,也与激光能量有关;同时开展了激光波长与光谱能级差之间关系的研究,发现532 nm和1 064 nm产生光谱信号相对强度与其能级差呈负相关。合适选择激光波长及能量可以有效提高信号灵敏度和稳定性。 展开更多
关键词 光谱学 激光波长 激光诱导击穿光谱 信号稳定性 能级差
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基于LIBS技术的岩石矿物-强度转换模型及单轴抗压强度的快速批量测试与应用
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作者 张庆贺 王晓蕊 +4 位作者 王传兵 李维国 宫凤强 章新生 李井国 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2091-2107,共17页
由于深部工程灾害的复杂性和突发性,岩石的力学参数特别是单轴抗压强度在稳定性分析和风险评价、支护参数设计优化及智能化施工中显得尤为重要,因此需要考虑如何实现岩石强度的快速定量化。从矿物学角度实现岩石单轴抗压强度的快速定量... 由于深部工程灾害的复杂性和突发性,岩石的力学参数特别是单轴抗压强度在稳定性分析和风险评价、支护参数设计优化及智能化施工中显得尤为重要,因此需要考虑如何实现岩石强度的快速定量化。从矿物学角度实现岩石单轴抗压强度的快速定量表征,基于激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术建立了光谱-元素-矿物预测模型,提出了一种矿物-强度快速定量转换的新方法。结合LIBS技术建立花岗岩和变质砂岩的光谱信息库,并通过X射线荧光光谱(X-ray Fluorescence,XRF)和X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)测试分别获取岩石的元素和矿物数据集,基于支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)算法解析岩石中矿物成分的质量分数,最终建立矿物-强度转换模型,通过矿物成分质量分数预测值计算岩石的单轴抗压强度,并通过标准力学试验验证其合理性与科学性。结果表明,光谱-元素预测模型中各元素的决定系数R_(2)在0.96~0.99内变化,该模型可有效得到各元素含量;元素-矿物预测模型中石英和磷铝石的预测效果最好,长石矿物族和云母矿物族次之,绿泥石和浊沸石也有良好的预测效果;多元线性回归模型(R_(2)=0.8502)较最小二乘法(R_(2)=0.7196)更适用于矿物质量分数预测值与单轴抗压强度的非线性关系,修正系数的引入可以较为有效地实现矿物-强度的精准转换。最后,采用矿物-强度转换模型对工程现场不同里程处的工作面中岩石的单轴抗压强度进行快速批量测试,结合Kriging插值技术和Matlab技术实现工程现场UCS的三维连续可视化。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 矿物成分 定量分析 快速测定 空间可视化
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的碳核查关键排放因子快速测量方法研究
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作者 王宇萌 李承峻 +4 位作者 付云刚 马维喆 卓俊玲 杨淇 姚顺春 《中国环境监测》 北大核心 2025年第1期20-26,共7页
关键排放因子快速测量对确保碳排放核查的准确性和时效性具有重要意义,其中煤炭的单位热值含碳量是影响火电厂碳排放总量核算的关键因子之一。单位热值含碳量是由煤质指标中的含碳量和发热量计算得到,而传统煤质指标检测方法难以满足实... 关键排放因子快速测量对确保碳排放核查的准确性和时效性具有重要意义,其中煤炭的单位热值含碳量是影响火电厂碳排放总量核算的关键因子之一。单位热值含碳量是由煤质指标中的含碳量和发热量计算得到,而传统煤质指标检测方法难以满足实时获取单位热值含碳量的需求。因此,基于激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术,提出一种快速同步检测分析煤炭发热量、含碳量和单位热值含碳量的方法。以0.2 mm煤粉颗粒流为实验对象,采集煤样的光谱信号,通过数据预处理手段,结合偏最小二乘法(Partial Least Square,PLS)模型,对发热量、含碳量、单位热值含碳量进行定量分析。结果显示,模型对煤炭发热量、含碳量和单位热值含碳量的预测集的均方根误差分别为0.442 MJ/kg、1.458%、0.000466 tC/GJ,平均绝对误差分别为0.287 MJ/kg、1.024%、0.000319 tC/GJ,平均相对误差分别为1.266%、1.685%、1.215%。研究结果证明了该方法的测量精度满足工业现场实测需求,验证了采用LIBS技术快速测量煤炭单位热值含碳量的可行性,为进一步实现火电行业碳排放量快速、准确监测开辟了新道路。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 碳核查 单位热值含碳量 定量分析 快速检测
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激光诱导击穿光谱(LIBS)技术融合机器学习快速鉴别土壤重金属污染等级
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作者 彭莎 何亚雄 +3 位作者 温起帆 赵栋烨 李博轩 柯川 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1295-1303,共9页
鉴于重金属于土壤中长期累积会致使土壤污染加剧、质量衰退,进而衍生出诸多棘手的环境问题,对土壤重金属含量进行持续且精准监测至关重要。通过整合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与智能算法,致力于实现土壤中重金属污染等级的快速精准辨... 鉴于重金属于土壤中长期累积会致使土壤污染加剧、质量衰退,进而衍生出诸多棘手的环境问题,对土壤重金属含量进行持续且精准监测至关重要。通过整合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与智能算法,致力于实现土壤中重金属污染等级的快速精准辨识。首先,运用中值绝对偏差(MAD)法剔除异常光谱,并对光谱数据执行归一化操作,以有效抑制激光能量波动以及环境噪声所引入的干扰,保障数据的可靠性与稳定性。继而引入支持向量机(SVM)、K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)与决策树(DT)的智能算法,针对预处理后的光谱数据实施分类识别,为化解因参数择取失当引发的过拟合或欠拟合风险,采用随机搜索策略对各模型予以优化。经综合比对,SVM模型呈现出最优的分类精度,Cr和Cu污染土壤等级识别的准确率分别为99.417%、99.250%。实验表明,SVM和LIBS相结合可以快速判断土壤中重金属污染等级,同时也为环境检测与治理提供了一个新的技术方向。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 机器学习 中值绝对偏差法 土壤重金属污染
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激光诱导击穿光谱(LIBS)测定混凝土中氯元素的实验参数优化
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作者 谭金宝 何亚雄 +4 位作者 钱自然 温起帆 赵栋烨 邱世广 柯川 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1463-1471,共9页
混凝土在服役过程中易受到雨水、土壤及海水中氯离子的侵蚀,准确检测混凝土中的氯离子含量对建筑结构的防护具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其快速分析、微损检测、实时分析和原位分析等优势,非常适合用于材料腐蚀领域的研... 混凝土在服役过程中易受到雨水、土壤及海水中氯离子的侵蚀,准确检测混凝土中的氯离子含量对建筑结构的防护具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其快速分析、微损检测、实时分析和原位分析等优势,非常适合用于材料腐蚀领域的研究,但对于卤素元素的检测能力偏弱。采用LIBS技术中的分子发射检测方法,制备符合海滨环境混凝土建筑配比的混凝土试块样品,以CaCl分子发射谱线为检测对象,研究不同实验参数对CaCl分子谱线信号的影响,并确定混凝土中氯元素分析的最佳实验条件。通过研究不同聚焦位置、采集延迟时间、激光能量对光谱信号的影响,结果表明:使用100 mm聚焦透镜时,最佳采集位置为聚焦点前0.6 mm;光谱仪最佳采集时间为激光触发后1μs;最佳激光能量为142 mJ。在等离子体光谱信号采集方式的研究中,发现信号稳定性随着采集频率的提高而显著增强。通过研究,确定了基于LIBS技术检测混凝土中氯元素的优化实验参数,为后续相关实验提供了实验依据和数据支撑。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 混凝土 氯离子腐蚀 CaCl分子信号 实验参数
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基于LIBS的燃煤电厂碳排放数据质量提升方法研究
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作者 邹祥波 卢伟业 +4 位作者 熊凯 陈公达 陈创庭 陈小玄 李至淳 《热力发电》 北大核心 2025年第6期148-156,共9页
随着全国碳交易市场的启动和推行,控排企业准确的碳排放数据对政府制定政策以及构建碳交易机制至关重要。目前,国内官方采用的碳排放量核算方法为排放因子法,虽然简单易用,但受人为影响因素大,容易引发碳数据质量问题。为此,基于激光诱... 随着全国碳交易市场的启动和推行,控排企业准确的碳排放数据对政府制定政策以及构建碳交易机制至关重要。目前,国内官方采用的碳排放量核算方法为排放因子法,虽然简单易用,但受人为影响因素大,容易引发碳数据质量问题。为此,基于激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)开发了适用于碳市场燃煤电厂入炉煤的煤质指标快速分析方法,结合偏最小二乘回归法(partial least squares regression,PLSR)建立了燃煤元素碳含量和发热量的预测模型。结果表明:所建立的干燥基高位热值和含碳量模型的预测集平均绝对误差(average absolute error,AAE)分别为1.10 MJ/kg和2.72%,实现了电厂每日入炉煤样的快速高频检测;在碳核算应用研究上,算例显示与传统每日实测法相比,采用LIBS快检法开展每日实测得到的月碳排放量核算相对偏差仅为0.40%,准确性优于采用月度缩分煤样检测数据进行核算所得的碳排放量结果;在碳核查应用研究上,以元素碳含量实测法结果为基准,采用LIBS快检法核算的碳排放量比完全缺省值法的平均相对误差(average relative error,ARE)减少了6.73~18.99百分点。LIBS快检法与传统化验精度接近,可应用于碳核查煤质数据验证,并发展为辅助碳核算的快速低成本实用技术。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 煤质分析 元素碳含量 碳排放
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的Nb_(3)Sn成相过程中Ta对Sn扩散的影响研究
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作者 李暾 何亚雄 +3 位作者 汪金凤 温起帆 赵栋烨 张红 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1418-1426,共9页
Nb_(3)Sn超导体成相过程中的锡(Sn)扩散不完全问题显著影响其超导性能,因而限制了其应用领域。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种快速、微损的检测技术,具有多元素同步分析、响应迅速等优点。采用L... Nb_(3)Sn超导体成相过程中的锡(Sn)扩散不完全问题显著影响其超导性能,因而限制了其应用领域。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种快速、微损的检测技术,具有多元素同步分析、响应迅速等优点。采用LIBS技术研究掺杂0~7 at%Ta对Sn扩散法制备Nb_(3)Sn过程中Sn扩散行为的影响,并直观地观察到Ta的掺杂对Sn扩散行为的影响。通过微观形貌结构以及超导电性的观察,考察了Ta的掺杂对Sn扩散法制备Nb_(3)Sn样品的影响机理。一定量的Ta掺杂有利于样品中晶粒的减小,因而提供了更多的晶界。晶界是Sn扩散的主要通道,从而促进了Sn在样品中的扩散,同时促进了Nb_(3)Sn合成反应,Nb_(3)Sn合成又进一步促进Sn扩散。因此,在掺杂5 at%Ta时样品获得了最小晶粒且均匀分布,而且根据LIBS数据判断此时可获得最大的Sn扩散深度值。因此5 at%Ta样品具有最佳的超导电性。由此可知,一定量的Ta掺杂有利于解决Nb_(3)Sn样品制备中Sn扩散不完全的问题。另一方面,印证了LIBS技术可以直观有效地提供Sn扩散行为的判据,支持了LIBS技术的应用潜力。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 Nb_(3)Sn块材 Sn扩散 超导转变温度
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LIBS结合图像筛选方法提高钢铁中Cu、Cr、Mn元素检测稳定性研究 被引量:2
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作者 郑培超 刘少剑 +6 位作者 王金梅 陈光辉 李刚 刘旭峰 田宏武 董大明 郭连波 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期223-232,共10页
优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光... 优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合等离子体图像信息的方法,通过快速地对不同元素的特征光谱强度与激发生成的等离子体图像进行采集,分析两者之间的相关性,并通过提取的图像特征信息的异常值剔除了部分无效光谱数据,进而实现了对钢铁成分的高精度分析。通过分析延迟时间和激光能量等不同实验条件对元素特征光谱强度及其对应等离子体图像的影响规律,不仅证明了等离子体图像与光谱之间存在相关性,还利用等离子体图像特征信息的局部最优值确定了最优延迟时间、激光能量分别为1000 ns与50 mJ,并根据图像特征的平均阈值来筛选无效光谱数据。结果表明,图像筛选优化数据后,各元素谱线校准模型的决定系数(R^(2))分别从原始数据的0.978、0.986、0.957、0.935提升至0.995、0.997、0.968、0.957,且其定标曲线对未知样品元素的预测浓度相对标准偏差(RSD)下降为原始数据预测浓度RSD的50%左右。由此可知采用LIBS结合图像筛选方法可以减少定量分析的误差,提高预测结果精确度。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 等离子体图像 定量分析 稳定性
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基于高频激光除漆的LIBS监测平台设计与应用研究
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作者 杨文锋 郑鑫 +5 位作者 林德惠 钱自然 李绍龙 左都全 李果 王迪升 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2600-2606,共7页
基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的飞机漆层清洗监测,需要对峰值功率密度范围进行限定,以确保等离子体激发和漆层清洗的稳定性。然而,对于广泛使用的高频(kHz级)脉冲激光除漆技术,其峰值功率密度相对偏低,除漆过程中等离子体激发受到限... 基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的飞机漆层清洗监测,需要对峰值功率密度范围进行限定,以确保等离子体激发和漆层清洗的稳定性。然而,对于广泛使用的高频(kHz级)脉冲激光除漆技术,其峰值功率密度相对偏低,除漆过程中等离子体激发受到限制;且高频激光烧蚀材料产生的强连续背景光谱干扰了等离子体光谱采集。论文依据蒙皮功能漆层可控清洗需求,基于LabVIEW嵌入式开发系统的控制软件编写及激光清洗、光谱采集、控制与显示模块的集成,设计了一款适用于高频激光除漆的LIBS监测平台。选取2024-T3铝合金双漆层试样作为研究对象,采集波长介于360~700nm范围内的漆层/基体体系光谱(面漆层:Tc;底漆层:Pr;基体:As)。采用平滑滤波,基线校正和归一化对原始光谱进行预处理,并选取12条特征谱线进行主成分分析(PCA),其降维数据作为线性判别分析(LDA)的输入变量,以此建立PCA-LDA判别模型。最后将所建模型导入LIBS监测平台,通过试验验证了高频激光除漆LIBS监测平台的分类准确性。结果表明:仅以累积方差解释率大于85%作为主成分选取原则,不能满足除漆过程LDA的分类需要;通过优化LDA的主成分个数,最终选取前9个主成分作为LDA的输入,显著提升了LIBS平台的检测准确率,此时基于LIBS光谱的PCA-LDA模型分类准确率达92.5%。由此可见,设计的高频激光除漆LIBS监测平台能够完成漆层/基体体系不同结构层的材料识别,从而实现了高频脉冲激光可控除漆的有效监测。 展开更多
关键词 高频脉冲激光 激光诱导击穿光谱 可控清洗 监测 判别模型
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基于LIBS数据流盘的飞机蒙皮激光除漆在线监测判据研究
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作者 杨文锋 李果 +5 位作者 林德惠 钱自然 李绍龙 左都全 郑鑫 王迪升 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2340-2348,共9页
等离子体产生及演化过程易受基体效应、环境噪声、脉冲能量抖动等影响,导致光谱数据具有不稳定性,从而难以保证以单条谱线为依据建立的监测判据的有效性。以连续多幅LIBS光谱为对象,并结合统计学方法建立的监测判据,可有效提升基于LIBS... 等离子体产生及演化过程易受基体效应、环境噪声、脉冲能量抖动等影响,导致光谱数据具有不稳定性,从而难以保证以单条谱线为依据建立的监测判据的有效性。以连续多幅LIBS光谱为对象,并结合统计学方法建立的监测判据,可有效提升基于LIBS技术的除漆效果监测精度。论文基于搭建的高频纳秒红外脉冲激光除漆LIBS在线监测平台,实时采集了除漆过程的连续多幅LIBS光谱。光谱数据经基线矫正、归一化预处理后,依据面漆、底漆、铝合金基体光谱特征峰差异,并结合材料成分信息,选定BaⅠ(712.55 nm)、CrⅠ(357.48 nm)、CrⅠ(425.43 nm)、TiⅠ(427.45 nm)、CuⅡ(309.76 nm)、CuⅠ(484.22 nm)6条谱线作为特征谱线并监测除漆效果。研究不同除漆效果中6条特征谱线强度变化规律,建立不同除漆效果与所选特征谱线强度变化区间的映射关系。提取每幅谱线的上述6条特征谱线强度作为一组数据单元、将连续10幅谱线的数据单元作为一组数据集,除漆过程中随时间变化的每10组迭代数据集称为数据流盘。对数据流盘中的数据单元、数据集进行分析,结合置信区间,实时判定除漆区域除漆效果,获得基于数据流盘的监测判据。结果表明:该判据可有效监测仍在面漆、面漆完全去除、仍在底漆、底漆完全去除、基体损伤5类除漆效果。依据SRM手册对漆层去除效果的要求,选择面漆完全去除、基体损伤两类除漆效果展示了验证过程,三维微观形貌分析结果与LIBS数据流盘监测判据所得除漆效果结论一致。其中,面漆去除后三维微观形貌分析表明,面漆完全去除精度达1.2μm,有效验证了基于LIBS数据流盘监测判据的适用性及稳定性。 展开更多
关键词 激光除漆 激光诱导击穿光谱 数据流盘 监测判据 除漆效果
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高精度煤质成分快速定量分析LIBS系统研究 被引量:5
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作者 刘树林 王猛 +3 位作者 李安 张颖 刘晓东 刘瑞斌 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1470-1480,共11页
煤质成分的快速、高精度定量分析是工厂对能源高效利用的重要环节。本文通过利用搭建的激光诱导击穿技术煤质快速分析仪,对所采集煤样工业特性固定碳(FixC),灰分(Ash),干燥无灰基的挥发分(Vdaf),热值(Q)进行了定量测量,并对测得的数据... 煤质成分的快速、高精度定量分析是工厂对能源高效利用的重要环节。本文通过利用搭建的激光诱导击穿技术煤质快速分析仪,对所采集煤样工业特性固定碳(FixC),灰分(Ash),干燥无灰基的挥发分(Vdaf),热值(Q)进行了定量测量,并对测得的数据与实验室人工测量数据进行对比分析,检验得出该方法在煤质分析方面准确快速。通过对设备稳定性和动态精密度的测试,结果表明了快速煤质分析仪具有较高的稳定性,满足国标规定值。在预测灰分值分布跨度为5%~60%的煤样时,通过增加样品量,增加模型中对大灰分煤样的预测权重,实现预测均方根误差RMSEP<1%的预测精度,挥发分和全硫的RMSEP<1%,热值的RMSEP<0.18 MJ/kg。预测结果均达到工业分析要求,可以满足工业现场的应用需求,具有应用于煤质在线检测方面的广阔前景。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 定量分析 快速煤质分析 稳定性
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