一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法，首先通过谱线积分强度测量等离子体电子温度，设定等离子体初始辐射粒子数密度及吸收路径长度参数后，使用等离子体电子温度计算出自吸收系数，并对谱线积分强度进行校正，再由新的谱线积分强度得到新的等离子体电子温度，计算出新的自吸收系数对谱线积分强度进一步校正，进而迭代温度对自吸收效应进行校正，解决LIBS技术中谱线自吸收效应影响定量分析准确度的技术问题。响定量分析准确度的技术问题。响定量分析准确度的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法


[0001]本专利技术涉及激光光谱分析与检测方法
，更具体的说是涉及一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法。

技术介绍

[0002]合金的机械性能及应用领域主要由合金中的元素种类和含量来决定，比如Mn元素能提高合金钢的强度、硬度、淬透性和热加工性，能削弱硫的不利影响，但Mn元素含量太高又会影响合金钢的焊接性和耐腐蚀性，一般认为，钢中Mn含量在0.5％～0.8％以下时，把Mn看作常存杂质，在优质碳素结构钢中，正常Mn含量在0.5％～0.8％，而当钢中Mn含量大于0.7％时即可称为锰钢。随着合金的广泛应用，发展一种能够快速、精确地对合金元素进行定性与定量分析的技术方法，对于指导合金的生产以及应用至关重要。
[0003]激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种理想的实时在线检测方法，通过分析高能量脉冲激光轰击样品产生的等离子体辐射光谱信息，对材料成分进行定性和定量的分析。但通常在LIBS产生的高密度等离子体情况下，会存在内部粒子自发辐射产生的光被向外传输路径中处于低能级的同类原子或离子重新吸收的自吸收效应，该效应不仅降低了被测样品谱线的真实强度、增加了谱线宽度，也会影响等离子体的表征参数，最终影响到定量分析的准确度。
[0004]因此，如何消除等离子体自吸收效应，提高LIBS检测的精度是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法，通过谱线强度测量等离子体电子温度，再使用基于电子温度计算出的自吸收系数对谱线强度进行校正得到新的电子温度，进而迭代温度对自吸收效应进行校正，解决LIBS技术中谱线自吸收效应影响定量分析准确度的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法，包括以下具体步骤：
[0008]步骤1：测量LIBS初始的谱线积分强度，通过玻尔兹曼平面图计算得到对应分析元素的初始的等离子体电子温度，并设置等离子体初始的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数；
[0009]步骤2：根据等离子体电子温度、辐射粒子数密度及吸收路径长度参数计算得到谱线自吸收系数；
[0010]步骤3：根据谱线积分强度与谱线自吸收系数的关系式，由谱线积分强度和谱线自吸收系数得到校正一次后谱线积分强度；
[0011]步骤4：根据校正后谱线积分强度得到新的玻尔兹曼平面图，并评估其线性度，根据线性度调整辐射粒子数密度及吸收路径长度参数使新的玻尔兹曼平面图线性度达到最
优，得到校正后的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数Nl1，并根据当前新的玻尔兹曼平面图得到校正后的等离子体电子温度；
[0012]步骤5：对比校正后的等离子体电子温度与步骤2中的等离子体电子温度是否一致；如果不一致，进入所述步骤2，采用校正后的等离子体电子温度、校正后的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数进行循环计算，再次计算得到谱线自吸收系数、校正后谱线积分强度和校正后等离子体电子温度，调整辐射粒子数密度及吸收路径长度参数，直到电子温度收敛，则表明自吸收校正完毕；如果一致，则自吸收校正完毕。
[0013]优选的，利用LIBS检测中获得实际初始的谱线积分强度I0，根据玻尔兹曼平面图得到对应分析元素的初始等离子体电子温度T0的公式为：
[0014][0015]其中，I0为初始的谱线积分强度；λ0为谱线中心波长；A
ki
表示上能级k和下能级i之间的跃迁概率；g
k
为上能级简并度；E
k
为上能级能量；k
B
为玻尔兹曼常量；T0为初始的等离子体电子温度；F为设定常量参数，是与实验系统相关的常量参数；h为普朗克常量；c为光速；N为原子态或离子态的辐射粒子数总密度；l为等离子体吸收路径长度；Z(T0)为配分函数；
[0016]以同种元素各条跃迁谱线对应的上能级能量E
k
为自变量x，以ln(I0λ0/A
ki
g
k
)为因变量y，以公式(1)等号右侧第二项为常数做图，获得所述玻尔兹曼平面图，由所述玻尔兹曼平面图的斜率求出初始的等离子体电子温度T0值。
[0017]优选的，所述步骤2包括以下具体步骤：
[0018]步骤21：根据初始等离子体电子温度T0、初始的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数Nl0计算谱线自吸收程度参数K0，计算公式为：
[0019][0020]其中，E
i
为下能级能量；
[0021]步骤22：谱线自吸收程度参数K0结合分析得到的谱线光学薄状态下的固有斯塔克展宽Δλ0，计算得到相应的谱线自吸收系数SA0，计算公式为：
[0022][0023]优选的，谱线光学薄状态下的固有斯塔克展宽Δλ0分析获得的方式如下：测量分析元素含量最低的样品在LIBS光谱仪检测下辐射光谱中分析元素所用谱线的半宽，通过与光谱仪给定的仪器展宽进行反卷积处理得到，其中，光谱仪仪器展宽由产品参数提供。
[0024]优选的，根据初始的谱线积分强度I0和谱线自吸收系数SA0计算校正一次后谱线积分强度I1的公式为：
[0025][0026]其中，β＝0.46。
[0027]优选的，根据校正一次后谱线积分强度I1得到新的玻尔兹曼平面图，调整初始的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数Nl0使得到的玻尔兹曼平面图线性度达到最优，获得校正一次后辐射粒子数密度及吸收路径长度参数Nl1，并根据新的玻尔兹曼平面图得到校正一次后等离子体电子温度T1。
[0028]优选的，对比校正一次后等离子体电子温度T1与初始等离子体电子温度T0是否一致，若T0‑
T1＜10K，则判断一致；否则，采用此时的校正一次后等离子体电子温度T1、校正一次后辐射粒子数密度及吸收路径长度参数Nl1再次根据公式(2)和公式(3)计算得到新的谱线自吸收系数SA1，对校正一次后谱线积分强度I1进行第二次校正得到校正二次后谱线积分强度I2，迭代循环，直到得到的等离子体电子温度收敛，则表明自吸收校正完毕。
[0029]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法，通过谱线积分强度测量等离子体电子温度，设定等离子体初始辐射粒子数密度及吸收路径长度参数，然后使用电子温度计算出谱线自吸收系数并对谱线积分强度进行初步校正，再由校正后新的谱线积分强度得到新的等离子体电子温度，由新的等离子体电子温度计算出新的谱线自吸收系数对谱线积分强度进一步校正，进而迭代温度对自吸收效应进行校正，即可得到分析元素在自吸收校正后的谱线强度，进而使用LIBS对元素进行更准确的定量分析。利用本方法可以有效并快速地获得准确的分析谱线积分强度、等离子体电子温度、辐射粒子数密度及吸收路径长度参数，克服常规LIBS技术对于合金元素分析准确度差的瓶颈，进而提高LIB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1：测量LIBS初始的谱线积分强度，通过玻尔兹曼平面图计算得到对应分析元素的初始的等离子体电子温度，并设置等离子体初始的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数；步骤2：根据等离子体电子温度、辐射粒子数密度及吸收路径长度参数计算得到谱线自吸收系数；步骤3：根据谱线积分强度与谱线自吸收系数的关系式，由谱线积分强度和谱线自吸收系数得到校正后谱线积分强度；步骤4：根据校正后谱线积分强度得到新的玻尔兹曼平面图，并评估其线性度，根据线性度调整辐射粒子数密度及吸收路径长度参数使新的玻尔兹曼平面图线性度达到最优，得到校正后的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数，并根据当前新的玻尔兹曼平面图得到校正后的等离子体电子温度；步骤5：对比校正后的等离子体电子温度与所述步骤2中等离子体电子温度是否一致；如果不一致，则进入所述步骤2，采用校正后的等离子体电子温度、校正后的辐射粒子数密度及吸收路径长度参数进行循环计算，直到电子温度收敛，则自吸收校正完毕；如果一致，则自吸收校正完毕。2.根据权利要求1所述的一种基于温度迭代校正等离子体自吸收效应的方法，其特征在于，利用LIBS检测中获得实际初始的谱线积分强度I0，根据玻尔兹曼平面图得到对应分析元素的初始的等离子体电子温度T0的公式为：其中，I0为初始的谱线积分强度；λ0为谱线中心波长；A
ki
表示上能级k和下能级i之间的跃迁概率；g
k
为上能级简并度；E
k
为上能级能量；k
B
为玻尔兹曼常量；T0为初始的等离子体电子温度；F为设定常量参数；h为普朗克常量；c为光速；N为原子态或离子态的辐射粒子数总密度；l为等离子体吸收路径长度；Z(T0)为配分函数；以同种元素各条跃迁谱线对应的上能级能量E
k
为自变量x，以ln(I0λ0/A...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯佳佳，张大成，张雷，朱江峰，冯中琦，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：