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］＋＊Ｂ↓［ｊ］Ｃ↓［ｋ］↑［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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种煤炭在线检测分析方法。具体来说，方法的基本原理是激光诱导等离 子光谱技术(LIBS)，使用的是基于回归分析中最小二乘法对煤炭元素进行定量分析。
技术介绍
在煤矿、煤厂和电厂等用煤单位，根据需要须及时掌控皮带输送机上的煤炭中各种成 分，以便适时进行调控，这就要求能实时在线地对输送带上的煤炭进行成分分析。目前普遍 采用的方法大多是离线分析。这种方法采样和制样代表性差、分析速度慢、工序繁琐等缺点， 不能及时反馈煤炭的信息,不能为操作人员提供实时在线的参考数据，难以适应工业生产的 需求。目前煤质在线检测中使用的技术为X射线荧光技术，中子感生瞬发Y射线分析技术和双 能Y射线透射技术。但X射线荧光技术只适合于测量原子序数大于ll的元素，测量精度和 灵敏度不高。中子感生瞬发Y射线分析技术存在投资大、辐射危害和放射源半衰期短的缺 点。而双能Y射线投射技术最大的缺点是无法全元素分析、成本较高和有安全隐患。由于这 些技术本身的缺点，所以并没有得到更广泛的应用。各用煤单位急需一种精度较高，并能实 现全元素分析的煤质在线快速检测方法。近年来，激光诱导等离子光谱技术(简称LIBS)由于具有高灵敏度、无需样品预处理 和实现多元素测量等优点，成为一种新的激光分析技术，在煤质在线检测上有很大的应用潜 力。可是由于该技术母体效应比较明显，直接测量物质成分时精度不高，也限制了该技术在 煤质在线检测中的应用。准确的定量化测量是LIBS系统在煤质在线检测中发挥作用的前提 和基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前的煤质在线分析技术存在投资大、精度不够高或不能实现全元 素分析的缺点，设计了一种基于回归分析的煤质检测方法，可在使用激光感生击穿光谱系统 上运用，解决了煤质在线快速分析的问题。本专利技术通过运用最小二乘法拟合其他元素的影响 系数，同时运用自吸收函数来考虑自吸收效应的影响，既可以实现煤质的全元素分析，又可 以提高测量精度。本专利技术的技术方案是，其特征是该方法包括了如下步骤 l)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焦透镜4被实时收集，通过光纤55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己知的一组煤 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A质量浓度C:和元素A:特征谱线强度"的关系式，即C^"J: + ^ (1) 上式中，C:为定标样品中已知的元素A:的质量浓度，尸为元素A:的特征谱线强度， 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A质量浓度《，元素A:特征谱线强度与其它元素质量浓度 《之间的关系式，即cr =毛/: +1化c， + ^g(c:)c: + & (2)上式中，《为定标样品中已知的元素A:的质量浓度，"为元素A:的特征谱线强度，C° 为定标样品中已知的除元素A以外的所有其它元素的质量浓度，4,5"2\,&为通过最小二乘 法拟合确定的常数，g(C"为描述自吸收效应的函数，g(C:) = a《-l，"为大于等于l且小 于10的实数，"的具体值根据实验数据选用，选用原则是使元素A: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/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)，得到上式中，Q为元素A:质量浓度，A为元素A的特征谱线强度，A,^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厶和公式(3)，可求得各元素的一 次计算质量浓度值C;,C〗,...,^，当中包括待测元素/一次计算质量浓度值；待测元素/的二 次计算质量浓度值根据第二组定标曲线公式(2):c,2 = +尤化c; + 。,g(c:)c: +五,求得，上式中/为待测元素/的特征谱线强度，C1为样品中除待测元素/外所有其它元素的一次计算质量浓度值，4,A，A,五,为在定标过程 中已确定的常数，g(C"的具体形式也在定标过程中已确定，待测元素/的二次计算质量浓度值作为待测元素/质量浓度的最终结果。一种基于回归分析的煤质在线检测方法，其特征是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6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焦透镜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/t质量浓度C:和元素A:特征谱线强度/ 的关系式，即C卜"+ q (4) 上式中，《为定标样品中已知的元素A的质量浓度，々为元素A:的特征谱线强度， 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A:质量浓度，元素A:特征谱线强度"与其它元素质量浓度 C，之间的关系式，即Cr = AA。 + t A化0 + ""(C:)C: + & (5) 上式中，《为定标样品中己知的元素A的质量浓度，"为元素A:的特征谱线强度，CQ 为定标样品中已知的除元素A以外的所有其它元素的质量浓度，4,A，A,A为通过最小二乘 法拟合确定的常数，g(C:)为描述自吸收效应的函数，g(C:)-c^-l，"为大于等于l且小 于10的实数，"的具体值根据实验数据选用，选用原则是使元素A:的第二组定标曲线公式 (5)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(4)和 (5)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/的质量浓度考虑到煤质中主要元素为碳，故先对碳成分的测量结果做两次修正，对 于待测样品中所有元素本文档来自技高网...
【技术保护点】
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焦透镜（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↓［ｋ］↑［０］和元素ｋ特征谱线强度Ｉ↓［ｋ］↑［０］的关系式，即 Ｃ↓［ｋ］↑［０］＝ａ↓［ｋ］Ｉ↓［ｋ］↑［０］＋ｅ↓［ｋ］ （１） 上式中，Ｃ↓［ｋ］↑［０］为定标煤样品中已知的元素ｋ的质量浓度，Ｉ↓［ｋ］↑［０］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↓［ｋ］↑［０］，元素ｋ特征谱线强度Ｉ↓［ｋ］↑［０］与其它元素质量浓度Ｃ↓［ｊ］↑［０］之间的关系式，即 Ｃ↓［ｋ］↑［０］＝Ａ↓［ｋ］Ｉ↓［ｋ］↑［０］＋＊Ｂ↓［ｊ］Ｃ↓［ｊ］↑［０］＋Ｄ↓［ｋ］ｇ（Ｃ↓［ｋ］↑［０］）Ｃ↓［ｋ］↑［０］＋Ｅ↓［ｋ］ （２） 上式中，Ｃ↓［ｋ］↑［０］为定标煤炭样品中已知的元素ｋ的质量浓度，Ｉ↓［ｋ］↑［０］为元素ｋ的特征谱线强度，Ｃ↓［ｊ］↑［０］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↓［ｋ］↑［０］）为描述自吸收效应的函数，ｇ（Ｃ↓［ｋ］↑［０］＝ａ↑［Ｃ↓［ｋ］↑［０］］－１，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...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李政，王哲，冯杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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