一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，涉及煤质检测技术领域，用脉冲激光器发射出激光束，使得激光束透过聚光透镜进行聚焦，在煤炭样品上形成激光光斑，激光光斑烧蚀煤炭样品，形成等离子体，根据光谱仪输出的数据和光谱图分析C的特征谱线的强度，计算出煤炭样品在激光光斑区域内C元素的含量，耐热传送带每传送3cm，激光光斑对煤炭样品进行一次烧蚀，通过聚光透镜调节策略自动调节聚光透镜焦距，使得每次在煤炭样品上形成的光斑大小相等，根据煤炭样品中C元素的含量构建C模型，通过调节透镜的焦距，使得激光束在样品表面形成的光斑面积大小相等，从而使得烧蚀样品的面积相同，减少对光谱仪的分析结果的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法


[0001]本专利技术涉及煤质检测
，特别涉及一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法。

技术介绍

[0002]激光诱导击穿光谱分析法简称LIBS，是一种原子的发射光谱，使用脉冲的激光器作为激发源，使用高灵敏度、高分析率、多通道的光纤分析光谱仪进行测量，在元素分析时，激光光束聚焦在被测材料表面，焦点温度达到某个峰值时，表面材料变成等离子体并发光辐射，通过收集辐射光并按照波长色散得到光谱数据，再将光谱数据传送给应用软件进行分析，LIBS能够进行全元素的分析，能够满足多元素同时检测，分析速度非常快，适用于几乎任何形态的样品，能够达到微损或者是无损探测，另外它可以做到远程非接触式测量，煤质分析、药品分析、矿物分析、土壤分析中都可以运用LIBS；
[0003]煤质在线检测技术与传统的化学分析方法相比，能够实现煤灰分、水分等信息的快速检测，解决了传统方法的采样、制样、化验工序复杂问题，规避了结果滞后所导致的一系列问题，在大幅减轻工人劳动强度的同时可避免人为因素的干扰，检测结果更客观，因此，在煤炭的生产、贸易和应用过程中，煤质在线检测技术具有广阔的市场需求；
[0004]在现有技术中，激光束透过聚光透镜形成的光斑面积非常小，由于煤炭样品表面并不平整，因此煤炭表面与聚焦透镜之间的距离存在差异，因此在样品表面形成的光斑面积并不相同，光斑的面积即为激光烧蚀样品的面积，烧蚀样品面积不同会影响最终光谱仪的分析结果，从而造成误差；
[0005]例如公告号为CN107389608A的中国专利公开了一种LIBS激光诱导光谱分析在煤质检测中的在线应用，包括以下步骤：1)对煤粉进行压制得到煤饼；2)对每个煤饼分别进行连续打点测试，每5束激光脉冲进行一次换点，每组煤样采集220个数据光谱，对诱导出的等离子体进行空间限域；3)光谱的归一化和修正：对步骤2)中得到的光谱数据中存在峰的漂移、峰的缺失、背景波动大的光谱数据进行归一化和修正；4)将步骤3)得到的归一化后和修正后的光谱进行基于主元素的偏最小二乘回归(PCA
‑
PLS)分析建模；5)利用步骤4)得到的模型进行入炉煤中各项参数的含量预测，可实现对煤样参数全面、精确的检测；
[0006]例如公告号为CN109406478A的中国专利公开了一种基于液态透镜自动调焦激光诱导荧光光谱检测装置和方法，提出了一种基于液态透镜自动调焦激光诱导荧光光谱检测装置及其方法，包括依次放置的光源发射器、准直透镜和窄带滤波片，所述光源发射器发射的光源依次经准直透镜和窄带滤波片后，生成入射光源；CCD的数据信息输出端与信息处理单元处理的CCD数据信息输入端相连，信息处理单元处理的调节信息输出端与液态透镜的调节信息输入端相连。本专利技术保证了检测结果的重复性，提高了测量精度和控制灵活度；
[0007]本专利技术是为了解决这一问题，提出一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，用以解决上述
技术介绍
中存在的技术问题：激光束透过聚光透镜形成的光斑面积非常小，由于煤炭样品表面并不平整，因此煤炭表面与聚焦透镜之间的距离存在差异，因此在样品表面形成的光斑面积并不相同，光斑的面积即为激光烧蚀样品的面积，烧蚀样品面积不同会影响最终光谱仪的分析结果，从而造成误差。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0010]一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，其具体步骤如下：
[0011]步骤一：将煤炭样品放在耐热传送带上，将煤炭样品表面进行坐标系的划分，对应坐标系将煤炭样品表面的几何中心设为原点，与运行方向平行的方向设为x轴，与运行方向垂直的方向设为y轴，工作人员手动设定传送带的运行速度为0.5cm/s；
[0012]步骤二：打开光谱仪，进行调试，确保仪器正常工作；
[0013]步骤三：按下耐热传送带的启动按钮，传送3cm后耐热传送带停止传送，用脉冲激光器发射出激光束，使得激光束透过聚光透镜进行聚焦，在煤炭样品上形成激光光斑；
[0014]步骤四：煤炭样品上的激光光斑烧蚀煤炭样品，形成等离子体并发光辐射，等离子体中被激发的粒子从高能级向低能级跃迁，并发射出特征谱线；
[0015]步骤五：用光谱仪采集等离子体发射出的特征谱线，得到煤炭样品的光谱图，根据光谱仪输出的数据和光谱图分析C的特征谱线的强度，计算出煤炭样品在激光光斑区域内C元素的含量；
[0016]步骤六：按下耐热传送带的启动按钮，耐热传送带进行传送，耐热传送带每传送3cm，激光光斑对煤炭样品进行一次烧蚀，通过聚光透镜调节策略自动调节聚光透镜焦距，使得每次在煤炭样品上形成的光斑大小相等，重复步骤三至步骤五所述操作；
[0017]步骤七：根据煤炭样品中C元素的含量构建C模型，对C模型进行检测。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，在步骤六中，所述聚光透镜调节策略为：
[0019]步骤601：测量发射出的激光束的直径D、激光束第一次在煤炭样品上形成的光斑直径d、第一次检测时聚光透镜中心到样品的距离v0和第一次检测时的反射距离u0；
[0020]步骤602：测量耐热传送带移动3cm后，聚光透镜中心到样品的距离v；
[0021]步骤603：根据步骤601和步骤602中测量出的数据计算出需要叠加的透镜的焦距，具体步骤如下：
[0022]步骤6031：计算出聚光透镜的焦距：由于所以聚光透镜的焦距为：其中v0为第一次检测时聚光透镜中心到样品的距离，u0为第一次检测时的反射距离；
[0023]步骤6032：计算出叠加后组合透镜的焦距为：其中D为发射出的激光束的直径，v为传送带移动后聚光透镜中心到样品的距离；
[0024]步骤6033：计算出需要叠加的透镜的焦距为由于
则需要叠加的透镜的焦距为：其中D为发射出的激光束的直径，d为激光束第一次在煤炭样品上形成的光斑直径，v0为第一次检测时聚光透镜中心到样品的距离，u0为第一次检测时的反射距离，v为传送带移动后聚光透镜中心到样品的距离；
[0025]步骤604：根据计算出的透镜的焦距选择相应的透镜，与聚光透镜叠加。
[0026]本专利技术的进一步改进在于，步骤一的将煤炭样品放在传送带的具体操作为：
[0027]步骤101：用煤炭磨粉机对煤炭样品进行研磨，将研磨后的煤炭样品过10目筛；
[0028]步骤102：将过筛后的煤炭样品铺在耐热传送带上，每层煤炭样品的厚度为5mm，一共铺5层，使得煤炭样品满足样品铺放策略，所述样品铺放策略包括以下步骤：
[0029]步骤1021：随机采集煤炭样品在n个位置的厚度h1，h2，h3，
……
，h
n
，其中h
n
的单位为mm；
[0030]步骤1022：计算出煤炭样品厚度的方差
[0031]步骤1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，其特征在于：其具体步骤如下：步骤一：将煤炭样品放在耐热传送带上，将煤炭样品表面进行坐标系的划分，对应坐标系将煤炭样品表面的几何中心设为原点，与运行方向平行的方向设为x轴，与运行方向垂直的方向设为y轴，工作人员手动设定传送带的运行速度为0.5cm/s；步骤二：打开光谱仪，进行调试，确保仪器正常工作；步骤三：按下耐热传送带的启动按钮，传送3cm后耐热传送带停止传送，用脉冲激光器发射出激光束，使得激光束透过聚光透镜进行聚焦，在煤炭样品上形成激光光斑；步骤四：煤炭样品上的激光光斑烧蚀煤炭样品，形成等离子体并发光辐射，等离子体中被激发的粒子从高能级向低能级跃迁，并发射出特征谱线；步骤五：用光谱仪采集等离子体发射出的特征谱线，得到煤炭样品的光谱图，根据光谱仪输出的数据和光谱图分析C的特征谱线的强度，计算出煤炭样品在激光光斑区域内C元素的含量；步骤六：按下耐热传送带的启动按钮，耐热传送带进行传送，耐热传送带每传送3cm，激光光斑对煤炭样品进行一次烧蚀，通过聚光透镜调节策略自动调节聚光透镜焦距，使得每次在煤炭样品上形成的光斑大小相等，重复步骤三至步骤五所述操作；步骤七：根据煤炭样品中C元素的含量构建C模型，对C模型进行检测。2.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，其特征在于：在步骤六中，所述聚光透镜调节策略为：步骤601：测量发射出的激光束的直径D、激光束第一次在煤炭样品上形成的光斑直径d、第一次检测时聚光透镜中心到样品的距离v0和第一次检测时的反射距离u0；步骤602：测量耐热传送带移动3cm后，聚光透镜中心到样品的距离v；步骤603：根据步骤601和步骤602中测量出的数据计算出需要叠加的透镜的焦距；步骤604：根据计算出的透镜的焦距选择相应的透镜，与聚光透镜叠加。3.根据权利要求2所述的一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，其特征在于：步骤603中所述计算出需要叠加的透镜的焦距的具体步骤如下：步骤6031：计算出聚光透镜的焦距：由于所以聚光透镜的焦距为：其中v0为第一次检测时聚光透镜中心到样品的距离，u0为第一次检测时的反射距离；步骤6032：计算出叠加后组合透镜的焦距为：其中D为发射出的激光束的直径，v为传送带移动后聚光透镜中心到样品的距离；步骤6033：计算出需要叠加的透镜的焦距为由于则需要叠加的透镜的焦距为：其中D为发射出的激光束的直径，d为激光束第一次在煤炭样品上形成的光斑直径，v0为第一次检测时聚光透镜中心到样品的距离，u0为第一次检测时的反射距离，v为传送带移动后聚光透镜中心到样品的距离。
4.根据权利要求3所述的一种基于激光诱导技术的煤质在线C模型检测方法，其特征在于：步骤一的将煤炭样品放在传送带的具体操作为：步骤10...

【专利技术属性】
技术研发人员：高如云，陈鹏，高杰，鲁学斌，陈斐，权素维，陈海涛，任仰成，王芳，余马亮，
申请(专利权)人：南京国电环保科技有限公司南京南环自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：