中國煤種分布廣泛且性質(zhì)差異較大,使得以煤為主要燃料的電站常需更換煤種或使用混煤,影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,亟需實(shí)現(xiàn)對(duì)煤質(zhì)的在線快速分析,其中最重要的是實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)元素(C、H、O、N、S)的測(cè)量。煤中C、H、O、S的含量決定了煤的熱值,而N、S含量與鍋爐的污染物排放密切相關(guān)。傳統(tǒng)的煤質(zhì)分析技術(shù)操作復(fù)雜且十分費(fèi)時(shí),而激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技術(shù)作為一種新型原子發(fā)射光譜分析技術(shù),能實(shí)現(xiàn)多元素快速同時(shí)檢測(cè),在煤質(zhì)測(cè)量領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。但由于煤的基體效應(yīng)和有機(jī)元素的難電離特性給測(cè)量帶來了困難,提高LIBS對(duì)煤中有機(jī)元素測(cè)量的準(zhǔn)確性成為關(guān)鍵的研究問題。本文針對(duì)應(yīng)用LIBS技術(shù)同時(shí)測(cè)量煤中有機(jī)元素的問題,首先進(jìn)行了多元素同時(shí)測(cè)量的參數(shù)優(yōu)化研究。以C元素為例,分析了激光波長(zhǎng)對(duì)等離子體時(shí)間演化特性、譜線時(shí)間特性及能量特性的影響,結(jié)果表明:C元素譜線在使用532nm激光時(shí)具有最佳特性。在此基礎(chǔ)上,優(yōu)化選擇了其它實(shí)驗(yàn)參數(shù):激光能量10～70 mJ/pulse、延遲時(shí)間0.8μs、激光聚焦點(diǎn)位置-2mm、制樣壓力30t�；谏鲜鰞�(yōu)化參數(shù),本文進(jìn)一步選擇了 15種不同煤樣,利用LIBS測(cè)量結(jié)果對(duì)煤中有機(jī)元素進(jìn)行了定標(biāo),由于煤基體組成復(fù)雜,且等離子體狀態(tài)參數(shù)在測(cè)量過程中存在較大波動(dòng),傳統(tǒng)的單條譜線定標(biāo)方法效果較差。根據(jù)等離子體中譜線強(qiáng)度的理論公式,本文發(fā)展了 一種基于局部光譜歸一化和等離子體溫度補(bǔ)償?shù)墓庾V修正方法,并利用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)建立了定標(biāo)模型。經(jīng)修正后的各有機(jī)元素PLS定標(biāo)效果得到了顯著改善,定標(biāo)曲線的R2值均在0.9左右。在此基礎(chǔ)上,基于有機(jī)元素的LIBS測(cè)量結(jié)果,利用熱值計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式給出了煤的熱值測(cè)量結(jié)果,測(cè)量均方誤差為1.716MJ/kg,平均相對(duì)誤差6.89%,驗(yàn)證了 LIBS技術(shù)用于煤質(zhì)測(cè)量的可行性,為實(shí)現(xiàn)煤發(fā)熱量的快速在線檢測(cè)提供了依據(jù)。本文發(fā)展的基于數(shù)據(jù)修正法的PLS定標(biāo)方法可以有效提高有機(jī)元素定標(biāo)模型精度,而對(duì)于H、O、N、S等在煤中含量較少的元素,如果能通過適當(dāng)手段增強(qiáng)其譜線強(qiáng)度,則有希望降低定標(biāo)難度。微波增強(qiáng)LIBS是新近發(fā)展起來的信號(hào)增強(qiáng)技術(shù),本文將其應(yīng)用到煤質(zhì)測(cè)量中,考察了外加微波場(chǎng)的功率變化對(duì)有機(jī)元素的譜線增益和等離子體溫度的影響,探討了外加微波場(chǎng)時(shí)譜線強(qiáng)度隨激光能量的變化規(guī)律,驗(yàn)證了微波增強(qiáng)LIBS用于煤質(zhì)測(cè)量的可行性。盡管微波增強(qiáng)LIBS在一定程度上增強(qiáng)了煤中有機(jī)元素的譜線強(qiáng)度,但效果尚不明顯,這說明需要進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)置,以獲得更好的信號(hào)增強(qiáng)效果。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN249
【部分圖文】：

圖１．１激光與固體樣品表面的相互作用過程??（１）樣品的等離子化??

當(dāng)?shù)入x子體達(dá)到最大電離狀態(tài)時(shí)，等離子體不再吸收激光能量并開始冷卻。??冷卻過程中，等離子體中處于高能激發(fā)態(tài)的粒子開始向低能級(jí)躍遷，并釋放出特??征譜線。躍遷過程如圖１．２所示：??▲??Ａ－ｎｎ?ｉｓｌ??ｔ?Ｉ?Ａ苧??？Ｅ?＊５??－?？?■?＂？????把—：?？離化?Ｋ??Ｓｔ???—ｈ????Ｖ??遂??仁ｉ???Ａ?余??Ｉ???＾?基態(tài)??圖１．２能級(jí)躍遷示意圖??由圖１．２可以看出，處于激發(fā)態(tài)的粒子可能處于連續(xù)區(qū)或分立能級(jí)區(qū)，因??此能級(jí)躍遷過程中釋放的譜線有三種：??韌致輻射：連續(xù)區(qū)到連續(xù)區(qū)的躍遷，釋放的光譜為連續(xù)譜線，？??復(fù)合輻射：連續(xù)區(qū)到分立能級(jí)區(qū)的躍遷，釋放的光譜為連續(xù)譜線；??６??

（Ｂｅａｍｔｅｃｈ）固體激光器。??（１）?ＰＲＯ－２５０－１０Ｈ固體激光器??ＰＲＯ－２５０－１０Ｈ激光器由美國ＳｐｅｃｔｒａＰｈｙｓｉｃｓ公司生產(chǎn)，其外形圖如圖２．１所??不。??１２??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張大成;;冬青葉子的激光誘導(dǎo)擊穿光譜(英文)[J];IMP & HIRFL Annual Report;2008年00期

2 周南;周亢;丁圭吉;;關(guān)于激光誘導(dǎo)裂析譜專題的歐洲-地中海會(huì)議2007(Ⅰ)[J];分析試驗(yàn)室;2009年08期

3 周南;周亢;丁圭吉;;關(guān)于激光誘導(dǎo)裂析譜專題的歐洲-地中海會(huì)議2007(Ⅱ)[J];分析試驗(yàn)室;2009年09期

4 ;激光誘導(dǎo)腦電波[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2009年06期

5 周政卓,邱明新,黃賽棠,畢琦秀,顧加俍,李方琳,史濟(jì)良;氯化氙激光誘導(dǎo)鈰的氧化分離反應(yīng)[J];中國激光;1989年11期

6 彭景翠;聚丁二炔(polydiacetylene)單晶中的激光誘導(dǎo)光吸收[J];物理學(xué)報(bào);1991年12期

7 ;激光誘導(dǎo)魚類受精卵融合成功[J];激光生物學(xué);1992年01期

8 黃妙良,林煜,林建明;陶瓷表面激光誘導(dǎo)局域化學(xué)鍍覆金屬鎳的研究[J];激光雜志;2000年06期

9 陳鎮(zhèn)龍;葉玉堂;劉霖;范超;田驍;吳云峰;王昱琳;;激光誘導(dǎo)液相電極腐蝕新方法[J];光電工程;2006年12期

10 裴楠楠;劉國榮;;基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的波長(zhǎng)校準(zhǔn)法研究[J];應(yīng)用光學(xué);2007年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張?zhí)忑?激光誘導(dǎo)擊穿光譜中化學(xué)計(jì)量學(xué)方法研究及其在冶金分析的應(yīng)用[D];西北大學(xué);2015年

2 舒小芳;飛秒強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體通道產(chǎn)生及其電子動(dòng)能結(jié)構(gòu)的理論研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

3 王金梅;LIPS技術(shù)及在農(nóng)產(chǎn)品成分分析與種類識(shí)別中的應(yīng)用初探[D];重慶大學(xué);2016年

4 李陳賓;基于低能耗高效率目標(biāo)的脈沖激光誘導(dǎo)電弧物理機(jī)制及復(fù)合焊接工藝研究[D];大連理工大學(xué);2015年

5 方曉霞;基于短毛細(xì)管的微型化高速電泳分離系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2016年

6 鄭利娟;激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析及應(yīng)用研究[D];華東師范大學(xué);2016年

7 李軍;激光誘導(dǎo)擊穿光譜應(yīng)用于電站鍋爐受熱面組織結(jié)構(gòu)和性能診斷的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

8 付洪波;激光誘導(dǎo)擊穿光譜無標(biāo)分析方法研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

9 李晨;飛秒激光誘導(dǎo)固體表面微納米周期性結(jié)構(gòu)的研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2016年

10 李玉;激光誘導(dǎo)等離子體的動(dòng)力學(xué)研究[D];吉林大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 錢燕;激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)于煤中有機(jī)元素的測(cè)量研究[D];浙江大學(xué);2018年

2 王敬;激光誘導(dǎo)等離子體原子發(fā)射光譜特性研究[D];河北大學(xué);2015年

3 王紹龍;基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的原油元素定量分析研究[D];長(zhǎng)江大學(xué);2015年

4 艾卓;Cr元素檢測(cè)的激光誘導(dǎo)擊穿光譜研究[D];沈陽理工大學(xué);2015年

5 黃天琪;激光誘導(dǎo)不銹鋼表面著色工藝及其應(yīng)用研究[D];山東大學(xué);2015年

6 周凌峰;甲烷燃?xì)饧す庹T導(dǎo)等離子體助燃研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 李旭偉;基于高速攝像技術(shù)的脈沖CO_2激光誘導(dǎo)水介質(zhì)氣穴通道效應(yīng)及其消融特性初探[D];福建師范大學(xué);2015年

8 李文宏;水泥成分的LIBS檢測(cè)方法研究[D];西南科技大學(xué);2015年

9 王鑫;基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜煤質(zhì)分析儀的研制[D];山西大學(xué);2015年

10 樊娟娟;激光誘導(dǎo)擊穿光譜用于水泥質(zhì)量分析研究[D];山西大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2854449