專利名稱：一種基于主導因素結合偏最小二乘法的煤質在線檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用激光誘導等離子光譜技術(LIBS)，基于主導因素結合偏最小 二乘法的煤炭在線檢測方法。
背景技術：
在煤礦、煤廠和電廠等用煤單位，目前普遍采用的煤質檢測方法是離線取樣和實 驗室分析。這種方法工序復雜、耗時長、取樣代表性差，難以及時反饋煤炭的各種成分。但 是用煤單位需要及時掌控皮帶輸送機上的煤炭成分，以便指導生產和進行調控。所以傳統(tǒng) 的離線測量難以適應工業(yè)生產的需求。如果可以實時在線地對輸送帶上的煤炭進行成分分 析，對于用煤單位意義重大。目前煤質在線檢測中使用的技術為X射線熒光技術，中子感生瞬發(fā)Y射線分析技 術和雙能Y射線透射技術。但X射線熒光技術只適合于測量原子序數(shù)大于11的元素，測 量精度和靈敏度不高。中子感生瞬發(fā)Y射線分析技術存在投資大、輻射危害和放射源半衰 期短的缺點。而雙能Y射線投射技術最大的缺點是無法全元素分析、成本較高和有安全隱 患。由于這些技術本身的缺點，所以并沒有得到更廣泛的應用。各用煤單位急需一種精度 較高，并能實現(xiàn)全元素分析的煤質在線快速檢測方法。近年來，激光誘導等離子光譜技術(簡稱LIBS)由于具有高靈敏度、無需樣品預處 理和實現(xiàn)多元素測量等優(yōu)點，成為一種新的激光分析技術，在煤質在線檢測上有很大的應 用潛力?？墒怯捎谠摷夹g母體效應比較明顯，也限制了該技術在煤質在線檢測中的應用。 準確的定量化測量是LIBS系統(tǒng)在煤質在線檢測中發(fā)揮作用的前提和基礎。偏最小二乘法 (PLS)方法已經(jīng)成為目前LIBS定量研究的最新和最主要的方法，通過PLS對LIBS光譜的全 譜信息進行處理，可以在很多情況下取得比傳統(tǒng)定標方法更為精確的結果。但是，由于PLS 方法從根本上來說是一種線性處理方法，并不能考慮到譜線強度隨溫度變化、電離程度變 化、自吸收效應、樣品成分互相干擾等導致的非線性影響。同時，由于PLS方法相對來說是 一種脫離實際物理過程的數(shù)據(jù)處理方法，需要結合物理規(guī)律來進一步改進。另外，有些測量 方法雖然精度較高，但必須主動加入粘結劑，不易于實現(xiàn)在線測量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對PLS對LIBS光譜進行分析時，沒有考慮物理規(guī)律和非線性影 響的缺點，提供了一種基于主導因素結合偏最小二乘法修正的煤質檢測方法，可在使用激 光誘導等離子光譜系統(tǒng)上運用，解決了煤質在線快速分析的問題。本發(fā)明基于等離子體光 譜信號的物理規(guī)律，通過運用非線性的自吸收函數(shù)和互干擾函數(shù)來考慮自吸收效應和元素 互干擾效應的影響，進而運用偏最小二乘法修正余下的殘差，綜合利用了激光誘導等離子 光譜的所有信息，而且便于在計算機快速實現(xiàn)，既可以進行在線的煤質全元素分析，又可以 提高測量精度。本發(fā)明的技術方案是
—種基于主導因素結合偏最小二乘法的煤質在線檢測方法，其特征是該方法包括 了如下步驟1)首先使用各元素質量濃度已知的一組煤炭樣品作為定標樣品，利用安裝在輸 煤皮帶上方的激光誘導等離子光譜系統(tǒng)對定標樣品進行檢測，得到該組定標樣品的光譜譜 線，即得到了定標樣品中各種元素的激光誘導等離子特征光譜譜線強度；2)利用各元素質量濃度已知的一組定標樣品的等離子特征光譜譜線強度，建立定 標曲線；定標曲線是通過在計算機中利用回歸分析中的最小二乘法擬合方法求取的，第一 步是建立定標樣品中某種元素X的質量濃度C〗和該元素的特征譜線強度/〗的關系式，即
權利要求
1. 一種基于主導因素結合偏最小二乘法的煤質在線檢測方法，其特征是該方法包括了 如下步驟1)首先使用各元素質量濃度已知的一組煤炭樣品作為定標樣品，利用安裝在輸煤皮帶 上方的激光誘導等離子光譜系統(tǒng)對定標樣品進行檢測，得到該組定標樣品的光譜譜線，即 得到了定標樣品中各種元素的激光誘導等離子特征光譜譜線強度；2)利用各元素質量濃度已知的一組定標樣品的等離子特征光譜譜線強度，建立定標曲 線；定標曲線是通過在計算機中利用回歸分析中的最小二乘法擬合方法求取的，第一步是 建立定標樣品中某種元素χ的質量濃度C〗和該元素的特征譜線強度/〗的關系式，即
全文摘要
一種基于主導因素結合偏最小二乘法的煤質在線檢測方法，利用一組定標煤炭樣品的譜線強度，先考慮自吸收效應，通過最小二乘法建立待測元素和其對應特征譜線的關系式，然后考慮元素互干擾效應，利用其他元素特征譜線強度修正殘差；最后通過PLS方法修正前兩步所得的殘差，最終所得的關系式為該方法把LIBS光譜的傳統(tǒng)定量方法和PLS結合起來，在一定程度上改進了PLS不能處理非線性效應和預測精度差的缺點。該方法可以利用主要特征譜線解釋了元素濃度的定量信息，可以引入非線性形式，而且在利用譜線中的大量信息去修正定標曲線擬合的殘差的同時又避免引入過多的噪音信號，減小了母體效應的影響，能達到較高的測量精度。
文檔編號G01N21/71GK102004097SQ20101053698
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權日2010年11月9日
發(fā)明者馮杰, 李政, 王哲 申請人:清華大學