LIBS结合ANN对不同类型土壤中的Cu的定量检测

不同种类土壤的Cu浓度与其激光诱导击穿光谱(LI BS)强度之间存在不同的规律,本文利用LIBS结合人工神经网络(ANN)对土壤中的Cu进行 了定量分析,以实现不同种类土壤中Cu的定量检测。分别研究了单一类型土壤和3种土壤 类型基体下神经网络的应用情况。结果表明,在单一土壤基体情况下,应用反向传播(BP)神 经网络可以对土壤中 的Cu进行准确的检测,检测误差最大为10.17%;而在3种土壤基体下 ,BP神经网络的预 测准确度降低,检测误差不大于16%,并且线性神经网络对Cu浓度较 高的土壤样品预测准 确度较高,两种方法的检测准确度均高于内标法,BP神经网络能够更准确的描述单一土壤 类型的基体效应。LIBS结合ANN能有效解决土壤间存在的基体效应,LIBS结合ANN能有效解决 土壤间存在的基体效应,实现不同类型土壤中Cu元素的定量检测。     

相关向量机结合主成分分析应用于LIBS技术定量分析

采用相关向量机(RVM)结合主成分分析(PCA)建立了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测土壤中Cr元素含量的定量分析模型。配制了14个不同Cr元素浓度的土壤样品,选取其中10个作为训练样品集用于构建模型,另外4个作为测试样品集用于模型性能评估。结果表明,对于土壤中Cr元素含量的测量,PCA-RVM模型的预测精度明显优于RVM模型,整体预测均方根误差由RVM模型的8.00%减小到PCA-RVM模型的3.21%,预测精度提高了59.9%。对测试样品集中全部4个待测样品,PCA-RVM模型多次重复预测结果的相对标准偏差相较于RVM模型都显著减小,且均小于1.89%,表明其预测结果具有更好的稳定性。     

LIBS检测污染马铃薯中的Pb及偏最小二乘定量分析模型

为了提高农产品中重金属的光学快速检测的精度, 运用偏最小二乘(PLS)法结合激光诱导击穿光谱(LIBS) 对马铃薯中的Pb含量进行了定量分析,探讨了数据预处理方法对模型精度的影响。针对 96个污染马铃薯样 品的LIBS数据,分别进行3点到17点平滑处理,然后将平滑后的数据分别进行标准正态 变量变换(SNV)、 多元散射校正(MSC)、均值中心化(MC)、一阶导数(FD)和二阶导数(SD)求导去噪预处理。采 用湿法消解结合原子吸收分光光度 计(AAS)获取样品中Pb元素的真实浓度,选择包含Pb特征谱线的401~417nm波段进行PLS建模,对比分 析模型的相关系数r、交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误 差(RMSEP)。结果表明,采用13点平滑、 均值中心化预处理的PLS模型的校准质量和预测效果最好,模型的r、RMSECV和RMSEP分别达到了0.9963、16.4 和11.5,说明选择合适的数据预处理方法能有效提高LI BS检测果蔬产品定量模型的质量。     

基于改进的偏最小二乘法的LIBS钢液成分定量分析

为了研究激光诱导击穿光谱技术基体效应对其测量精确度的影响,采用改进的偏最小二乘法进行数据预测,以有效降低基体效应对待测元素的影响。通过与单变量定标和偏最小二乘模型定标进行对比研究可知,待测元素Mn和Si的定标曲线的拟合度分别从0.991和0.993提高到了0.996和0.997,对于验证样品的预测相对误差也分别从6.231%,6.912%下降到了5.510%和6.125%。结果表明,采用改进的偏最小二乘法可以有效减小基体效应,定标精度有较明显提高,对分析性能有了较大的提高。     

基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析

煤的热值是影响燃煤锅炉运行最重要的煤质特性之一。燃煤热值在线分析能够为实时优化调整锅炉运行提供重要依据。采用激光诱导击穿光谱技术对烟煤样品热值进行了定量分析。实验用Nd：YAG固体激光器1 064 nm激光脉冲在空气环境下烧蚀烟煤样品表面而形成等离子体。采用偏最小二乘法和基于主导因素的偏最小二乘法提高煤热值定量分析的准确性。对于基于主导因素的偏最小二乘法,利用碳双原子分子（C2）和碳氮双原子分子（CN）的谱线强度建立主导因素模型。采用偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.94和1.46 MJ/kg;采用基于主导因素的偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.99和1.18 MJ/kg。结果表明：激光诱导击穿光谱技术对燃煤热值在线分析具有很大的应用潜力。     

基于PLS的飞机CFRP激光除漆LIBS监测判据研究

激光分层除漆的可靠性与可控性依赖于有效的在线监测技术,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术能有效监控激光除漆过程.本文采用激光去除飞机碳纤维复合材料(CFRP)表面漆层,并基于高重频激光除漆LIBS在线监测平台,在线采集除漆过程所激发的面漆和底漆2类光谱共60组.分别建立了基于主成分分析(PCA)和偏最小二乘法(PLS)的判别和预测模型,研究了激光分层除漆过程中LIBS光谱的分类判别.PCA模型前两个主成分累计贡献率达到了79.2％,PLS-DA模型前两个主成分累计贡献率达到了85.5％.PLS回归模型校正标准差(RMSEE)为0.142923,均方根误差(RMSEcv)为0.152053,模型的预测标准差(RMSEP)为0.142421,对20组激光清洗面漆和底漆的混合数据集进行预测,预测准确率达100％.结果表明PLS判别模型比PCA模型分类判别效果更好,PLS预测模型实时评估和自动分类漆层具有较好的预测精度.本研究可为LIBS在线监测激光除漆过程,实现自动化、智能化的激光除漆提供技术支持.     

基于主成分降维的海面散射系数快速预测方法

海面电磁散射特性与海浪参数、雷达参数等多种影响因素存在复杂的依赖关系,传统大场景海面电磁散射预测模型在面临多参数高维度映射时容易出现过拟合问题,选择合适的降维方法和模型参数是提高模型性能的有效手段。本文提出了一种基于主成分分析(principal components analysis, PCA)降维的海面电磁散射快速预测方法。首先,利用文氏海谱和海面电磁散射模型构建后向散射系数仿真数据集;然后,引入PCA法降低仿真参数维度,提取主要特征;最后,基于最小二乘支持向量回归机(least squares support vector regression, LSSVR)建立非线性回归模型,输入降维数据进行预测,并评估预测结果的精度。通过对比不同降维比例的预测结果,分析了主成分降维对模型性能的影响。结果表明,对仿真参数进行适当降维能够显著增加模型精度,提升模型的解释能力。当降维比例为25%左右时模型精度达到最优,当降维比例大于40%时模型精度显著下降,不利于海面电磁散射预测。     

激光诱导击穿光谱检测牛奶中的Na元素

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,检测了牛奶样品中的Na元素含量。实验共分析了15个 牛奶样品,其中9个已知样品作为定标样品,采用偏最小二乘法(PLS )建立Na元素定量分析的回归模型;使用另外6个作为待测样品,用以检验模型的定量分析结 果。检测出了6个待测样品中的Na元素含量,其中检验样品中参 考含量和预测含量之间的线性相关度达到0.993,相对误差均在15%以下。检测结果表明,LIBS技术能快速准确地检测牛奶中的Na含 量,表现出较好的应用潜力。     

共轴双光束LIBS检测土壤中Pb的参数优化

为了提高共轴双光束激光诱导击率光谱(DB-LIBS)检测土壤中重金属元素的检测精度,对试验装置进行了参数优化。试验时,以土壤中重金属Pb为例,首先对双光束与单光束作用效果进行对比,单束激光脉冲工作能量均为120mJ,得到双光束作用下土壤中Pb的特征光谱强度明显比单光束作用下增强了2~3倍。然后,分别设置两束激光之间的脉冲延迟时间为0、50和100ns,在每个激光脉冲延迟时间下,设置光谱采集延迟时间从2.6~5.2μs以步长为0.2μs递增,分别对样品的光谱进行采集,获取Pb元素在405.78nm处的特征光谱信息。通过对特征光谱强度和信背比的综合比较,得到最佳的激光脉冲延迟时间为50ns、光谱采集延迟时间为4.6μs,在此条件下,光谱强度的相对标准偏差为0.10。由此表明,参数优化有利于提高共轴DB-LIBS装置的检测精度。     

LIBS检测钢液Mn元素的实验条件优化

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种快速分析元素组成技术,在冶金分析领域具有广阔的应用前景.实验参数对LIBS检测钢液元素有较大影响,为提高LIBS技术检测的灵敏度需要对系统关键参数激光脉冲能量和ICCD门延时进行优化.本实验以钢液中Mn元素的分析线为研究对象,在激光等离子体满足局部热平衡和光学薄条件下,用Mn元素...     

利用激光击穿光谱检测烟气中的重金属成分

搭建了一套激光击穿光谱(LIBS)实验系统, 采用Nd∶YAG脉冲激光器作为光源击穿烟气形成等离子体, 其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪分光, 并由增强型电荷耦合器件（ICCD）进行光电探测。以煤燃烧产生的烟气和烟花爆竹燃烧产生的烟气等为对象, 获得了烟气多种重金属元素的激光击穿光谱。光谱图表明, 该技术能够同时检测烟气中的多种金属成分。以Pb元素为对象, 配置含Pb不同浓度的固体样品进行了定标实验, 结果表明, Pb谱线强度与其元素浓度成线性关系。     

氯化钾溶液的激光诱导击穿光谱研究

利用脉冲Nd:YAG激光器、光谱仪I、CCD等设备设计了一套激光诱导击穿光谱测试实验装置,并采用该装置对氯化钾溶液的全谱进行了测量,得到了含量为1mg/l的镁(Mg),3mg/l的钙(Ca),20mg/l的钠(Na)的线状谱线。实验结果表明,对氯化钾溶液做定性分析时,延时是一个非常重要的参数。合理地选取延时,利用激光诱导击穿光谱方法可以快速准确地同时检测到多种微量金属元素。同时定性分析也证明了利用激光诱导击穿光谱方法探测废水中的微量有毒金属的可行性。     

激光诱导击穿光谱用于煤中多元素同步检测

为了实现煤中碳、氢、硫3种非金属元素的快速同步定量检测,采用激光诱导击穿光谱技术,以波长1064nm的Nd∶YAG固体激光器作为激发源,在空气环境下烧蚀9种煤国家标准样品,选取188.885nm^308.008nm和655nm^660nm波长范围光谱,结合偏最小二乘回归,同步检测煤中C,H,S 3种非金属元素,取得了偏最小二乘回归的校正模型和预测模型数据,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,C,H,S元素的预测质量分数与真实质量分数的决定系数为0.9421,0.9894,0.9840,预测均方根误差分别为2.2772,0.2356,0.1678,平均相对误差分别为2.6348%,7.1185%,8.8600%。该研究证明了激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘回归定量可用于煤中非金属元素的多元素检测。     

纸张含水量的傅里叶变换中红外光声光谱分析

随着科学技术的不断发展,社会正在向智能化演变。实现纸质文献的实时监测以达到保存和保护文献的目的是未来发展的必然趋势。为了给库房文献的实时监测提供依据,结合化学计量学方法,利用傅里叶变换中红外光声光谱技术快速测定了纸张含水量。基于中红外光声光谱,分别采用主成分回归(Principal Components Regression, PCR)方法和偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression, PLSR)方法建立了纸张含水量的定量模型,并通过交叉验证选择了最佳主成分数。结果表明,PLSR方法的建模结果优于PCR方法(决定系数R2：0.3681>0.3532)。通过增加主成分数可以使模型预测变好,但也存在过拟合风险。未来拟采集更多的纸张样本,以期建立稳定的纸张性质检测模型,为实现纸质文献的红外光谱实时监测奠定基础。     

激光诱导离解光谱技术(LIBS)中的定量化反演方法

由于激光诱导离解光谱技术(LIBS)具有快速、实时和可在线分析多种物质元素等诸多优点,它在同类元素探测方法中显示出了巨大的潜力和优越性.但LIBS的定量化问题仍然是目前LIBS发展中的难点问题.本文旨在探讨激光诱导离解光谱技术的几种定量化反演方法,并进行深入的类比分析,为其在各领域中的定量化应用提供一定的理论依据.     

激光诱导击穿空气等离子体参数的光谱分析法

空气等离子体的电子温度和密度对激光诱导空气击穿等离子体产生闪光过程的研究有着重要的意义,本文将纳秒Nd∶YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于大气中,诱导其产生等离子体闪光,并通过Avantes-ULS3648型9通道的光谱仪采集闪光光谱,通过光谱分析,研究了不同延迟时间下激光诱导击穿空气等离子体产生过程中的等离子体电子温度和电子密度的变化情况。根据同一元素不同峰值位发出的光谱,由相对强度比较法可以得出等离子体电子温度,由斯塔克展宽法可得到等离子体电子密度的变化,通过分析发现,等离子体电子温度和密度均随延迟时间的增大而下降。这些结果对研究强激光作用下空气击穿的气体动力理论机制有一定的科学意义。