[發明專利]一種基于大數據庫辨識的煤質特性分析方法

有效

• 申請號: 201610065879.7
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105718749B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 王哲;袁廷璧;侯宗余;李政;倪維斗
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種基于大數據庫辨識的煤質特性分析方法。該方法采用激光誘導擊穿光譜技術，在d多種實驗設置下對煤炭定標樣品進行數據采集，從而建立一個多維度的定標樣品譜線強度大數據庫；對未知樣品進行檢測時，則在與煤炭定標樣品相同的多種實驗設置下采集光譜數據，從不同維度對待測樣品進行辨識，根據辨識結果直接得到或者代入定標模型中計算得到待測樣品的煤質特性；該方法利用了煤炭樣品光譜特性，對不同的元素譜線采取不同的辨識閾值，結果顯示該方法能夠顯著提高未知樣品辨識的準確度，從而減小激光誘導擊穿光譜測量的不確定度。

技術領域

本發明涉及一種利用激光誘導等離子光譜技術(LIBS)，結合判別分析的激光誘導擊穿光譜定量分析方法。

背景技術

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多元素測量等優點，成為一種新的激光分析技術。該技術的工作原理是：激光對樣品進行燒蝕產生等離子體，然后采集等離子體發出的光信號并輸入光譜儀進行分析，不同波長處對應的譜線強度的大小與該條譜線對應的元素含量的高低成正比。該技術能夠對固體、液體和氣體等多種物質進行分析，具有實現在線檢測的巨大優勢，因此發展速度非常快。但是由于等離子體本身的不穩定性、基體效應以及元素互干擾的作用，使得LIBS光譜測量的不確定度較大，定量分析的精度和準確度還有待提高；

為了提高LIBS定量分析的準確性，人們將多元統計分析方法如偏最小二乘法應用到LIBS光譜分析。多元統計分析方法充分利用了光譜中包含的元素含量信息，比傳統的單變量定標方法更能提高定量分析的準確度，為了克服多元統計分析方法缺乏物理背景的缺點，研究者提出了基于主導因素的多元統計分析方法，該方法結合了傳統單變量方法和多元統計方法的優點，既提高了定量分析的精度，又增加了定標模型的穩健性。但是由于LIBS光譜測量的不確定度較大的原因，對于同一種樣品的不同次測量得到的組間偏差仍然較大，尤其對于相對復雜的樣品如煤炭樣品，組間的偏差更為明顯，嚴重影響了測量的精度。因此如何增加LIBS測量的重復性成為LIBS技術推廣必須解決的問題。

根據文獻報道，增加LIBS測量的重復性的方法主要有以下幾個方面：第一，通過提高硬件設備的性能改善LIBS光譜特征譜線強度的穩定性，如采用激光能量更穩定的激光器，提高光譜儀的分辨率等；第二，通過調制等離子體本身來增加測量的重復性，例如采用空間限制或者放電增強的方法，提高等離子體的溫度和電子密度，降低等離子體參數本身的波動，增加光譜強度，從而降低特征譜線強度的相對標準偏差；第三，通過數據處理方法進行標準化處理，將等離子體溫度、電子密度和總粒子數折合到標準狀態，從而增加LIBS光譜的穩定性；總的來說，這些方法在實驗室分析中起到了比較好的效果，但是還沒有進行系統化的推廣應用。

判別分析方法作為一種半定量的分析手段，目前多應用于樣品的分類研究，它與定量分析相結合的辦法還沒有被深入研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于大數據庫辨識的煤質特性分析方法，提高激光誘導擊穿光譜定量分析的精度。

本發明的技術方案是：

一種基于大數據庫辨識的煤質特性分析方法包括如下步驟：

1)首先使用各種特性已知的n種煤炭樣品作為定標樣品，利用激光誘導擊穿光譜系統，對每種定標樣品采用不同實驗條件分別進行檢測：設置激光波長為λ，激光能量為A，延遲時間為B，激光聚焦的斑點直徑為C，其中,λ包括1064nm、532nm、266nm、193nm；90mJ≤A≤150mJ，0.5μs≤B≤3μs；100μm≤C≤1000μm；多次改變λ、A、B和C中至少一種參數的值，共得到p種設置；

2)對于p種設置中任一種設置下每種定標樣品重復擊打t次，得到n種定標樣品的t×n個特征光譜，從每個特征光譜中得到定標樣品內各種元素的特征譜線強度矩陣；

對第j種定標樣品得到特征光譜的譜線強度矩陣：