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LIBS结合图像筛选方法提高钢铁中Cu、Cr、Mn元素检测稳定性研究 被引量:1
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作者 郑培超 刘少剑 +6 位作者 王金梅 陈光辉 李刚 刘旭峰 田宏武 董大明 郭连波 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期223-232,共10页
优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光... 优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合等离子体图像信息的方法,通过快速地对不同元素的特征光谱强度与激发生成的等离子体图像进行采集,分析两者之间的相关性,并通过提取的图像特征信息的异常值剔除了部分无效光谱数据,进而实现了对钢铁成分的高精度分析。通过分析延迟时间和激光能量等不同实验条件对元素特征光谱强度及其对应等离子体图像的影响规律,不仅证明了等离子体图像与光谱之间存在相关性,还利用等离子体图像特征信息的局部最优值确定了最优延迟时间、激光能量分别为1000 ns与50 mJ,并根据图像特征的平均阈值来筛选无效光谱数据。结果表明,图像筛选优化数据后,各元素谱线校准模型的决定系数(R^(2))分别从原始数据的0.978、0.986、0.957、0.935提升至0.995、0.997、0.968、0.957,且其定标曲线对未知样品元素的预测浓度相对标准偏差(RSD)下降为原始数据预测浓度RSD的50%左右。由此可知采用LIBS结合图像筛选方法可以减少定量分析的误差,提高预测结果精确度。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 等离子体图像 定量分析 稳定性
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紧凑型激光诱导击穿光谱仪的研制
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作者 王金梅 刘旭峰 +5 位作者 郑培超 陈光辉 刘少剑 李刚 杨志 孙志诚 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期437-445,共9页
基于煤质分析、冶金、水质检测等众多领域对激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的需求,本研究设计了一台基于激光诱导击穿光谱原理的紧凑型快速检测装置,其具有良好的稳定性和较高的激光能量(0~100 mJ),可进行全自动化谱线对比与筛选,从而实现... 基于煤质分析、冶金、水质检测等众多领域对激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的需求,本研究设计了一台基于激光诱导击穿光谱原理的紧凑型快速检测装置,其具有良好的稳定性和较高的激光能量(0~100 mJ),可进行全自动化谱线对比与筛选,从而实现多样品、多元素的LIBS快速检测。在参数优化的基础上,利用该装置对7个钢样所含的硅元素与碳元素进行了检测分析。实验结果表明,当延迟时间为1μs、离焦量为0 mm、激光能量为60 mJ时,可以获得最佳的硅、碳特征光谱数据。在最优实验条件下,对7个样品进行定量分析,利用内标法建立硅、碳元素的定标拟合曲线,其相关系数分别为0.986和0.999,相对强度比的相对标准误差不超过5%,预测值与实际值偏差较小。研究结果验证了该仪器具有良好的分析性能,对多元素检测、可移动式LIBS仪器的发展具有参考意义。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 紧凑型LIBS光谱仪 定量分析 参数优化
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基于WMS的可调谐半导体激光器驱动与温控电路设计
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作者 彭燕 矫雷子 +2 位作者 郑培超 董大明 邢振 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第7期29-35,共7页
针对可调谐半导体激光器工作时,其工作电流和工作温度的波动导致激光器的输出的波长和功率不能保持恒定的问题,设计了一套基于STM32F407为主控芯片联合FPGA的半导体激光器小型化驱动与温控电路。通过与上位机交互,系统可实现激光器驱动... 针对可调谐半导体激光器工作时,其工作电流和工作温度的波动导致激光器的输出的波长和功率不能保持恒定的问题,设计了一套基于STM32F407为主控芯片联合FPGA的半导体激光器小型化驱动与温控电路。通过与上位机交互,系统可实现激光器驱动电流和工作温度的连续可调,使半导体激光器的输出光的波长在最佳的范围内。经过测试,系统的驱动模块电流稳定度为0.075%,电流的实际值与理论值之间的相对误差平均值为0.538%;温度电路的稳定度在0.03℃,完全满足实际应用需求。 展开更多
关键词 FPGA STM32F407 激光器驱动电路 可调谐半导体激光器
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光离子化检测器中新型微电流检测电路设计 被引量:2
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作者 郑培超 李海 +6 位作者 李志伟 朱鸿玉 陈静 王金梅 朱思蒙 刘一帆 张秦望 《重庆邮电大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2020年第4期596-603,共8页
光离子化检测器(photoionization detector,PID)中需要微电流检测电路模块,而传统的跨阻式微电流检测电路稳定性差,测量范围小,设计成本高,且整体结构较为复杂。采用对数放大器LOG112与微处理器STM32F103VCT6相结合,设计一种宽范围对数... 光离子化检测器(photoionization detector,PID)中需要微电流检测电路模块,而传统的跨阻式微电流检测电路稳定性差,测量范围小,设计成本高,且整体结构较为复杂。采用对数放大器LOG112与微处理器STM32F103VCT6相结合,设计一种宽范围对数式微电流检测电路。通过TINA-9软件仿真,所设计对数前置放大电路应用于500 pA^8 nA的微电流检测,误差低于1%。搭建实验系统,将所设计检测电路检测结果与直接用商用皮安表(吉利时6485型)搭建的检测系统实验结果对比,2种测量方法具有较高的重复性,且整个检测系统线性度良好,拟合优度达到0.987。利用所设计系统与购置的空气检测仪在相同环境下分别测试同种浓度的异丁烯气体,发现所设计系统响应时间更快,准确度更高。实验测得系统响应时间小于6 s,系统短期重复性约为±1.37%,长期测试的重复性约为±2.28%。实验结果表明,所设计宽范围对数式微电流检测电路能够应用于光离子化检测器中。 展开更多
关键词 光离子化检测器 微电流检测 对数放大器 微处理器
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激光诱导土壤等离子体光谱辐射实验参数优化(英文) 被引量:2
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作者 王金梅 颜海英 +1 位作者 郑培超 薛淑文 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期66-72,共7页
采用激光诱导击穿光谱法(LIBS)对土壤进行了研究。激光器采用的是Nd:YAG脉冲激光器,激光器的输出波长是1 064 nm,脉宽是5.82 ns,激光聚焦在土壤表面产生激光诱导等离子体,通过优化实验参数(ICCD延时、脉冲能量、ICCD门宽、脉冲频率、谱... 采用激光诱导击穿光谱法(LIBS)对土壤进行了研究。激光器采用的是Nd:YAG脉冲激光器,激光器的输出波长是1 064 nm,脉宽是5.82 ns,激光聚焦在土壤表面产生激光诱导等离子体,通过优化实验参数(ICCD延时、脉冲能量、ICCD门宽、脉冲频率、谱图积累次数)对Ca II 393.37 nm和Ca II 396.37 nm两条特征谱线强度及信背比的影响,确定实验最佳条件是ICCD延时1μs,激光能量50 m J,ICCD门宽3.5μs,脉冲频率1 Hz,谱图积累次数100次。在最优实验条件下计算等离子体参数,得出土壤中的等离子体电子温度是11 604 K,土壤的等离子体电子密度是5.155×1016 cm-3,经过计算,土壤样品满足LTE条件。这说明,以上关于土壤样品的等离子体参数计算结果是真实有效的。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 序贯试验法 土壤 电子温度 电子密度
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水质COD的激光诱导荧光检测方法研究 被引量:1
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作者 郑培超 杨晨 +4 位作者 张航熙 王金梅 何适 尹义同 张莉 《激光杂志》 CAS 北大核心 2022年第8期55-59,共5页
化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)是评价水体受有机物污染程度的重要指标。提出了一种基于激光诱导荧光光谱的水质COD分析方法。以单波长半导体激光器(波长为405 nm)作为激发光源,采用便携式光纤光谱仪收集发射的荧光光谱。通过... 化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)是评价水体受有机物污染程度的重要指标。提出了一种基于激光诱导荧光光谱的水质COD分析方法。以单波长半导体激光器(波长为405 nm)作为激发光源,采用便携式光纤光谱仪收集发射的荧光光谱。通过主成分分析(PCA)和偏最小二乘(PLS)分别对光谱进行数据降维以及回归建模。结果表明,当主成分个数为17时得到的测试集均方根误差最小,此时测试集决定系数为0.9628,均方根误差(RMSE)为0.1582 mg/L。并且本模型对预测集水样的COD预测误差均小于20%,说明建立的测量模型有较高的预测精度,满足国内水质检测行业的精度要求。 展开更多
关键词 水质检测 化学需氧量 荧光光谱 偏最小二乘
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Spectral Characteristics of Laser-Induced Graphite Plasma in Ambient Air 被引量:2
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作者 WANG Jinmei zheng peichao +1 位作者 LIU Hongdi FANG Liang 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第11期1123-1129,共7页
An experimental setup of laser-induced graphite plasma was built and the spectral characteristics and properties of graphite plasma were studied. From the temporal behavior of graphite plasma, the duration of CN parti... An experimental setup of laser-induced graphite plasma was built and the spectral characteristics and properties of graphite plasma were studied. From the temporal behavior of graphite plasma, the duration of CN partials (B2 ∑+ →-X2 ∑+) emission was two times longer than that of atomic carbon, and all intensities reached the maximum during the early stage from 0.2 μs to 0.8 μs. The electron temperature decreased from 11807 K to 8755 K, the vibration temperature decreased from 8973 K to 6472 K, and the rotational temperature decreased from 7288 K to 4491 K with the delay time, respectively. The effect of the laser energy was also studied, and it was found that the thresholds and spectral characteristics of CN molecular and C atomic spectroscopy presented great differences. At lower laser energies, the electron excited temperature, the electron density, the vibrational temperature and rotational temperature of CN partials increased rapidly. At higher laser energies, the increasing of electron excited temperature and electron density slow down, and the vibrational temperature and rotational temperature even trend to saturation due to plasma shielding and dissociation of CN molecules. The relationship among the three kinds of temperatures was Telec〉Tvib〉Trot at the same time. The electron density of the graphite plasma was in the order of 1017 cm-3 and 1018 cm-3. 展开更多
关键词 laser induced plasma GRAPHITE plasma parameters emission spectroscopy
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基于LIBS技术结合内标法的烧结矿碱度测量研究 被引量:1
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作者 王金梅 卢健树 +3 位作者 郑培超 刘少剑 李刚 陈光辉 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第22期167-174,共8页
对检测烧结矿的实验参数进行优化,使其光谱信号的相对标准偏差(RSD)维持在4%左右。再结合内标法,分别选择合适的Fe元素谱线作为Ca、Si元素的内标谱线,利用内标后的比值与碱度值进行拟合分析。相比于无内标方法,其校准模型的决定系数(R2)... 对检测烧结矿的实验参数进行优化,使其光谱信号的相对标准偏差(RSD)维持在4%左右。再结合内标法,分别选择合适的Fe元素谱线作为Ca、Si元素的内标谱线,利用内标后的比值与碱度值进行拟合分析。相比于无内标方法,其校准模型的决定系数(R2)从0.468提升至0.951,且预测值的相对误差最高为1.14%。结果表明,在实验条件优化下,内标法对烧结矿碱度的预测精确度高。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 内标法 烧结矿碱度 稳定性
原文传递
螯合树脂富集辅助激光诱导击穿光谱检测水体中的Cu元素和Mn元素 被引量:8
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作者 郑培超 李倩雨 +3 位作者 王金梅 谭癸宁 赵怀冬 刘冉宁 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期281-289,共9页
提出了将螯合树脂作为一种新型固相基底来富集水溶液中的Cu元素和Mn元素,之后进行激光诱导击穿光谱检测的方法。选取Cu Ⅰ 324.75 nm和Mn Ⅱ 257.61 nm作为特征分析谱线,优化了一系列参数,包括激光能量、延迟时间、激光聚焦位置、样品... 提出了将螯合树脂作为一种新型固相基底来富集水溶液中的Cu元素和Mn元素,之后进行激光诱导击穿光谱检测的方法。选取Cu Ⅰ 324.75 nm和Mn Ⅱ 257.61 nm作为特征分析谱线,优化了一系列参数,包括激光能量、延迟时间、激光聚焦位置、样品溶液流速及溶液pH值。在最佳实验参数条件下,建立了Cu元素和Mn元素的定标曲线,Cu元素和Mn元素的检出限分别为0.03 mg·L^-1和0.098 mg·L^-1。采用所提方法采集自然水样进行检测,计算得出Cu和Mn的回收率范围分别为93.88%~108.09%和91.99%~103.88%。该方法检测灵敏度较高,也可用于自然水体的检测,在水体重金属检测领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 螯合树脂 吸附 检出限
原文传递
基底辅助激光诱导击穿光谱技术检测润滑油中的金属元素 被引量:6
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作者 郑培超 谭癸宁 +2 位作者 王金梅 赵怀冬 刘冉宁 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期299-308,共10页
采用基底辅助激光诱导击穿光谱技术,以标准油中的Mg、Ti、Ni与Cr为目标元素进行定量分析。选定Mg II 279.55 nm、Ti I 334.94 nm、Ni I 352.45 nm与Cr I 425.44 nm为目标元素的定量分析谱线进行分析。考察样品预处理静置时间、样品油膜... 采用基底辅助激光诱导击穿光谱技术,以标准油中的Mg、Ti、Ni与Cr为目标元素进行定量分析。选定Mg II 279.55 nm、Ti I 334.94 nm、Ni I 352.45 nm与Cr I 425.44 nm为目标元素的定量分析谱线进行分析。考察样品预处理静置时间、样品油膜平均厚度、探测延时和激光脉冲能量对Mg、Ti、Ni与Cr元素光谱信号强度与信背比的影响。在最优的实验条件下,利用6个标准油样品建立了标准曲线定标模型,得出Mg、Ti、Ni与Cr的检出限分别为3.10,8.17,18.79,6.10μg·g^-1。基于定标曲线,预测了另外5个标准油样品中Mg、Ti、Ni与Cr的质量比,相对误差分别为7.43%、8.91%、13.66%与10.40%。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 定量分析 润滑油磨损金属 定标曲线
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海底隧道三孔并行渗流场泄压规律研究 被引量:1
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作者 郑培超 闫科宇 +1 位作者 王雪 韩智铭 《现代隧道技术》 CSCD 北大核心 2022年第S01期353-362,共10页
海底隧道三孔并行是基于隧道施工技术及使用功能性要求设计的。目前对单孔及双孔海底隧道渗流场研究较多,但对三孔并行海底隧道渗流场研究较少,且对由单孔变为多孔隧道之间的泄压规律少有研究。依托青岛胶州湾海底隧道工程,采用FLAC 3D... 海底隧道三孔并行是基于隧道施工技术及使用功能性要求设计的。目前对单孔及双孔海底隧道渗流场研究较多,但对三孔并行海底隧道渗流场研究较少,且对由单孔变为多孔隧道之间的泄压规律少有研究。依托青岛胶州湾海底隧道工程,采用FLAC 3D对三孔并行隧道涌水量及隧道之间泄压作用进行分析。计算结果表明:(1)三孔并行隧道之间的涌水量与渗透系数和隧道面积比存在线性关系;(2)由于隧道间的泄压作用,三孔并行隧道孔隙水压力分布在0~300 kPa范围内的分布形式与单孔不同,主隧道内侧的泄压作用比外侧明显,距离中间隧道越远泄压作用越小;(3)泄压作用的存在使得主隧道最大孔隙水压力方向相对单孔发生偏转约30°,角度随面积比增大而增大,随间距增大而减小;(4)最大孔隙水压力梯度位置在距主隧道圆心2倍半径范围内偏离轴线约30°,在3~7倍半径范围内回到中间隧道轴线处。 展开更多
关键词 海底隧道 三孔并行 涌水量 渗流场 泄压作用
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