一种基于光谱标准化的煤质在线检测方法

摘要

一种基于光谱标准化的煤质在线检测方法，可用于激光诱导等离子光谱原理的煤质在线检测。该方法以经过光谱标准化后的原子特征谱线的强度为纵坐标，以原子特征谱线对应的元素的浓度作为横坐标，建立定标模型。对于未知成分的煤炭进行检测时，经过光谱标准化，根据定标模型即可得到待测元素的浓度。该方法把等离子体温度和电子密度，以及同一元素的离子原子密度比和玻尔兹曼定律考虑进来，从而达到补偿实验参数的波动，提高测量精度的目的。本发明还可用于类似的需要在线化学成分实时检测的场合。

主权项

1.一种基于光谱标准化的煤质在线检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)利用安装在输煤皮带上的激光诱导等离子光谱系统建立定标曲线：以脉冲激光器(1)为激发光源，将各元素质量浓度已知的定标煤样品(3)置于保护气体的氛围中，从激光器出射出的激光经过聚焦透镜(2)聚焦后作用在定标煤样品(3)表面，在聚焦点产生等离子体，通过采集透镜(4)实时收集等离子体辐射光信号，该信号通过光纤(5)并经光谱仪(6)处理后转化成电信号输入到计算机(7)进行处理，得到所述定标煤样品中各元素的原子特征谱线和离子特征谱线；2)求取等离子体的温度和等离子体电子密度；3)对于定标煤样品中各元素的原子特征谱线，利用元素的离子原子密度比和玻尔兹曼定律，对原子特征谱线的原始强度进行标准化，标准化后的原子特征谱线强度为：${\left(I_{\mathrm{ij}}^I\right)}^{\prime \prime }=F(n^I+n^{\mathrm{II}})/n^I{I}_{\mathrm{ij}}^I{U}^I\left(T\right)/(A_{\mathrm{ij}}{g}_i\exp (-E_i/\left(\mathrm{kT}\right))$其中，n^II/n^I＝(2πm_ekT/h²)^3/2·2U^II(T)/U^I(T)exp(-(E_ion-ΔE)/(kT))/n_e上式中，为标准化后的原子特征谱线强度，为原子从上能级i跃迁到下能级j所释放的并由探测器接收到的原子特征谱线的原始强度，F表示仪器参数，对于确定的实验条件，F恒定；A_ij、g_i、U^I(T)和U^II(T)分别代表跃迁几率、上能级的统计权重、原子的配分函数和离子的配分函数；E_i、T、k和h分别代表元素激发态能量、等离子体的温度、玻尔兹曼常数和普朗克常数；n^I  n^II和n_e分别代表原子密度、离子密度和电子密度，E_ion是基态原子的电离能，ΔE为电离能降低因子；4)对于一组各元素浓度不同的定标煤样品，重复步骤1)、2)和3)，得到一组标定样品中标准化后的原子特征谱线强度，以元素的质量浓度C，元素对应的标准化建立定标曲线；5)利用激光诱导等离子光谱系统测出待测元素的原子特性谱线强度按照步骤2)、3)对光谱进行标准化处理，得到标准化后的原子特征谱线强度在定标曲线上查出对应点(C，)所对应的横坐标C，C即为待测元素的浓度。