一种基于回归分析的煤质在线检测分析方法

摘要

一种基于回归分析的煤质在线检测分析方法，利用一组定标煤炭样品的谱线强度，通过最小二乘法对所有元素建立两组定标曲线 C k 0 = a k I k 0 + e k 和 C k 0 = A k I k 0 + Σ n B j C j 0 + D k g ( C k 0 ) + E k ，对于未知煤流中待测样品进行检测时，通过各元素的激光诱导等离子特征光谱谱线强度计算各元素的一次计算质量浓度，然后根据定标曲线求取待测元素的质量浓度，或者通过对碳元素进行两次修正，求取各元素的二次计算质量浓度后再根据定标曲线求取待测元素的质量浓度。该方法利用了LIBS光谱的全部信息，避免了复杂定标方法导致的误差，减小了母体效应的影响，定标速度快，精度高，能对煤炭进行在线的全元素分析，可以为用户提供实时的煤质元素数据。

主权项

1.一种基于回归分析的煤质在线检测分析方法，其特征是该方法包括了如下步骤：1)首先使用各元素质量浓度已知的一组煤炭样品进行定标，利用安装在输煤皮带上的激光诱导等离子光谱系统对煤炭样品进行在线检测：以脉冲激光器(1)为激发光源，从激光器出射的激光经过聚焦透镜(2)聚焦后作用于煤炭样品(3)表面，在聚焦点产生等离子体，等离子体在保护气体的氛围中进行冷却，产生的辐射光信号通过采集透镜(4)被实时收集，通过光纤(5)并经过光谱仪(6)处理后转化成电信号而被计算机(7)采集，得到各元素质量浓度已知的一组煤炭样品的光谱谱线，进一步得到定标煤炭样品中各种元素的激光诱导等离子特征光谱谱线强度；2)利用各元素质量浓度已知的一组定标煤炭样品的等离子特征光谱谱线强度，建立两组定标曲线；定标曲线是通过在计算机中利用回归分析中的最小二乘法拟合方法求取的，第一组定标曲线是建立元素k质量浓度C_k⁰和元素k特征谱线强度I_k⁰的关系式，即$C_k^0=a_k{I}_k^0+e_k---\left(1\right)$上式中，C_k⁰为定标煤样品中已知的元素k的质量浓度，I_k⁰为元素k的特征谱线强度，a_k，e_k为通过最小二乘法拟合确定的常数；第二组定标曲线是建立元素k质量浓度C_k⁰，元素k特征谱线强度I_k⁰与其它元素质量浓度C_j⁰之间的关系式，即$C_k^0=A_k{I}_k^0+\stackrel{n}{\Sigma }{B}_j{C}_j^0+D_{k}g\left(C_k^0\right)C_k^0+E_k---\left(2\right)$上式中，C_k⁰为定标煤炭样品中已知的元素k的质量浓度，I_k⁰为元素k的特征谱线强度，C_j⁰为定标煤炭样品中已知的除元素k以外的所有其它元素的质量浓度，A_k，B_j，D_k，E_k为通过最小二乘法拟合确定的常数，g(C_k⁰)为描述自吸收效应的函数，a为大于等于1且小于10的实数，a的具体值根据实验数据选用，选用原则是使元素k的第二组定标曲线公式(2)的线性拟合优度在0.9以上，对于定标煤炭样品中所有元素，都要根据公式(1)和(2)建立两组定标曲线；3)对于各元素质量浓度未知的煤流中的待测样品进行检测，通过激光诱导等离子光谱系统得到煤流的特征光谱，进一步得到煤流中待测样品各种元素的激光诱导等离子特征光谱谱线强度；4)根据待测样品中各种元素的激光诱导等离子特征光谱谱线强度和定标曲线求取待测元素i的质量浓度：对于待测样品中所有元素，根据第一组定标曲线公式(1)，得到C_k＝a_kI_k+e_k    (3)上式中，C_k为元素k质量浓度，I_k为元素k的特征谱线强度，a_k，e_k为定标过程中已确定的常数；根据测得的待测样品各元素的特征谱线强度I_k和公式(3)，可求得各元素的一次计算质量浓度值C₁¹，C₂¹，...，C_n¹，当中包括待测元素i一次计算质量浓度值；待测元素i的二次计算质量浓度值根据第二组定标曲线公式(2)：$C_i^2=A_i{I}_i+\stackrel{n}{\Sigma }{B}_j{C}_j^1+D_{i}g\left(C_i^1\right)C_i^1+E_i$求得，上式中I为待测元素i的特征谱线强度，C_j¹为待测样品中除待测元素i外所有其它元素的一次计算质量浓度值，A_i，B_j，D_i，E_i为在定标过程中已确定的常数，g(C_i¹)的具体形式也在定标过程中已确定，待测元素i的二次计算质量浓度值作为待测元素i质量浓度的最终结果。