专利名称：一种基于主导因素结合偏最小二乘法的煤质在线检测方法
技术领域：
本发明涉及一种利用激光诱导等离子光谱技术(LIBS)，基于主导因素结合偏最小 二乘法的煤炭在线检测方法。
背景技术：
在煤矿、煤厂和电厂等用煤单位，目前普遍采用的煤质检测方法是离线取样和实 验室分析。这种方法工序复杂、耗时长、取样代表性差，难以及时反馈煤炭的各种成分。但 是用煤单位需要及时掌控皮带输送机上的煤炭成分，以便指导生产和进行调控。所以传统 的离线测量难以适应工业生产的需求。如果可以实时在线地对输送带上的煤炭进行成分分 析，对于用煤单位意义重大。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11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，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。偏最小二乘法 (PLS)方法已经成为目前LIBS定量研究的最新和最主要的方法，通过PLS对LIBS光谱的全 谱信息进行处理，可以在很多情况下取得比传统定标方法更为精确的结果。但是，由于PLS 方法从根本上来说是一种线性处理方法，并不能考虑到谱线强度随温度变化、电离程度变 化、自吸收效应、样品成分互相干扰等导致的非线性影响。同时，由于PLS方法相对来说是 一种脱离实际物理过程的数据处理方法，需要结合物理规律来进一步改进。另外，有些测量 方法虽然精度较高，但必须主动加入粘结剂，不易于实现在线测量。
发明内容
本发明的目的是针对PLS对LIBS光谱进行分析时，没有考虑物理规律和非线性影 响的缺点，提供了一种基于主导因素结合偏最小二乘法修正的煤质检测方法，可在使用激 光诱导等离子光谱系统上运用，解决了煤质在线快速分析的问题。本发明基于等离子体光 谱信号的物理规律，通过运用非线性的自吸收函数和互干扰函数来考虑自吸收效应和元素 互干扰效应的影响，进而运用偏最小二乘法修正余下的残差，综合利用了激光诱导等离子 光谱的所有信息，而且便于在计算机快速实现，既可以进行在线的煤质全元素分析，又可以 提高测量精度。本发明的技术方案是
—种基于主导因素结合偏最小二乘法的煤质在线检测方法，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作为定标样品，利用安装在输 煤皮带上方的激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该组定标样品的光谱谱 线，即得到了定标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样品的等离子特征光谱谱线强度，建立定 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 步是建立定标样品中某种元素X的质量浓度C〗和该元素的特征谱线强度/〗的关系式，即
权利要求
1. 一种基于主导因素结合偏最小二乘法的煤质在线检测方法，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作为定标样品，利用安装在输煤皮带 上方的激光诱导等离子光谱系统对定标样品进行检测，得到该组定标样品的光谱谱线，即 得到了定标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样品的等离子特征光谱谱线强度，建立定标曲 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，第一步是 建立定标样品中某种元素χ的质量浓度C〗和该元素的特征谱线强度/〗的关系式，即
全文摘要
一种基于主导因素结合偏最小二乘法的煤质在线检测方法，利用一组定标煤炭样品的谱线强度，先考虑自吸收效应，通过最小二乘法建立待测元素和其对应特征谱线的关系式，然后考虑元素互干扰效应，利用其他元素特征谱线强度修正残差；最后通过PLS方法修正前两步所得的残差，最终所得的关系式为该方法把LIBS光谱的传统定量方法和PLS结合起来，在一定程度上改进了PLS不能处理非线性效应和预测精度差的缺点。该方法可以利用主要特征谱线解释了元素浓度的定量信息，可以引入非线性形式，而且在利用谱线中的大量信息去修正定标曲线拟合的残差的同时又避免引入过多的噪音信号，减小了母体效应的影响，能达到较高的测量精度。
文档编号G01N21/71GK102004097SQ20101053698
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者冯杰, 李政, 王哲 申请人:清华大学