华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
我国铁路跨度长、 运营时间长、 运行环境变化较大, 故对于车轮的磨损较大, 为保障高速铁路的安全运行, 高速列车车轮表面硬度就成为了一项重要参考指标。 激光诱导击穿光谱(LIBS)实验平台对8块不同硬度的HS7高铁车轮用钢样品进行击穿获取LIBS光谱数据, 发现基体元素(Fe)和合金元素(Cr, Mo, W)的谱线强度、 离子与原子线的强度比值(Ⅱ/Ⅰ)以及合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比值(A/M), 分别与样品硬度有着不同程度的相关关系。 利用此相关关系分别建立了以谱线强度和谱线强度结合谱线强度比值为变量的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型, 在建立模型前采用标准正态变量变换(SNV)、 Savitzky-Golay卷积二阶导和高斯滤波(Gaussian filter)三种预处理方法来减小实验误差。 结果表明, 以谱线强度为变量的模型中采用SNV预处理后建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.98, 均方根误差为1.30, 预测集的确定系数为0.90, 均方根误差为2.43; 以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型中采用原始数据建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.99, 均方根误差为0.79, 预测集的确定系数为0.94, 均方根误差为2.44, 且通过对比发现以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型其预测精确度及其稳定性相比于以谱线强度为变量的模型均有所提升。 该结果表明, 利用谱线强度和离子与原子线的强度比、 合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比相结合的结果作为模型变量, 能显著提升PLS模型对于金属材料表面硬度预测的能力, 可以构建一种相关性更强的定量分析模型。 研究表明, 采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法定量分析高铁车轮硬度具有一定可行性, 可将该技术应用于现场诊断、 估算高速列车车轮表面硬度, 为维持高速列车安全运行提供一定的保障。
激光诱导击穿光谱 高速列车车轮表面硬度 谱线强度 偏最小二乘法 Laser-induced breakdown spectroscopy Surface hardness of high speed train wheels Spectral line intensity Partial least squares 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3109
1 广东电网公司 电力科学研究院, 广州 510080
2 华南理工大学 电力学院, 广州 510640
将激光诱导击穿光谱技术应用到煤粉颗粒流测量中，分析激光与样品流相互作用，并考察不同的聚焦焦深对等离子体激发特性的影响。在自行搭建的两相流的实验台架上，在大气环境条件下，利用激光器分别对1.0，0.5，0，-0.5,-1.0 mm焦深作用条件下的煤粉颗粒流进行击穿，同时利用光谱仪对等离子体信号进行采集。在相同的激光能量以及收光角度等条件下，改变聚焦激光的焦深，分析对比不同焦深下的等离子体温度、电子密度以及对煤元素分析中关注的C,Si和Al三个代表元素的光谱强度的变化规律。结果表明，不同的激光聚焦焦深对等离子体温度、电子密度和元素光谱强度的影响规律较为明显，三个参数整体变化规律是一致的，最优点为0 mm，其次为1.0，0.5，-0.5 mm，最劣点为-1.0 mm。
激光诱导击穿光谱 聚焦焦深 等离子体温度 等离子体电子密度 谱线强度 laser-induced breakdown spectroscopy focal depth plasma temperature plasma electron density spectral line intensity 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2682
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定071002
为获得高质量的发射光谱, 提出了一种平面反射镜装置, 研究了在平面反射镜装置条件下的激光诱导等离子体辐射特性。 实验结果表明, 相同的激光输出能量条件下, 在等离子体周围放置由三块平面反射镜组成的装置以后, 土壤样品中元素Mg, Fe, Ba, Ti和Al的光谱线强度比常态下的分别增大了116.2%, 96.43%, 90.93%, 102.1%和98.57%, 信噪比分别提高39.17%, 32.48%, 38.07%, 39.95%和21.30%。 通过测量激光等离子体参数, 解释了平面反射镜装置对等离子体辐射增强的机理。 这种简便易行的方法是改善激光诱导击穿光谱技术检测能力的有效途径。
激光诱导等离子体 平面反射镜装置 光谱强度 信噪比 电子温度 电子密度 Laser-induced plasma Flat-mirror device Spectral line intensity SNR Electron temperature Electron density 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2039
1 广东电网公司电力科学研究院, 广东 广州510080
2 华南理工大学电力学院, 广东 广州510640
将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤粉颗粒流的直接检测, 利用自行搭建的颗粒流实验台架重点研究不同收光角度下煤粉颗粒的等离子体光谱特性, 分析煤中具有代表性的C, Si和Al三种元素原子谱线的强度及其相对标准偏差的变化规律, 结果表明收光角度在30°～45°区间时收集到的等离子体信号强且稳定。
激光诱导击穿光谱 煤粉颗粒流 收光角度 谱线强度 Laser induced breakdown spectroscopy Coal particle flow Collection angle Spectral line intensity 光谱学与光谱分析
2013, 33(6): 1473
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定071002
为了提高激光诱导击穿光谱质量, 采用Nd∶YAG激光器输出的纳秒脉冲激光激发产生土壤等离子体, 采用光栅光谱仪和光电检测系统记录了元素谱线AlⅠ394.401 nm, BaⅠ455.403 nm, FeⅠ430.791 nm和TiⅠ498.173 nm的辐射强度和信背比, 研究了激光脉冲重复频率（5, 10和15 Hz）对等离子体辐射特性的影响。 实验结果表明, 在相同的激光输出能量条件下, 当采用15 Hz的激光脉冲重复频率时, 元素Al, Ba, Fe和Ti的谱线强度要比5 Hz时的分别提高50.94%, 112.7%, 107.46%和99.38%, 光谱信背比分别提高15.16%, 24.08%, 40.26%和72.06%。 通过测量等离子体参数, 解释了激光脉冲重复频率对等离子体辐射特性的影响机理。
激光诱导等离子体 激光脉冲重复频率 光谱强度 信背比 Laser-induced plasma Laser shot frequency Spectral line intensity Signal-to-background ratio 光谱学与光谱分析
2012, 32(11): 2916
1 长春理工大学理学院， 吉林 长春 130022
2 包头师范学院物理科学与技术学院， 内蒙古 包头 014030
对波长355 nm，脉宽5 ns的激光脉冲烧蚀空气中光学玻璃产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究。结果表明，在等离子体羽膨胀初期（小于200 ns时间范围内），等离子体发射光谱主要由连续光谱构成。此后，连续光谱强度逐渐减弱，线状光谱开始占主导地位。实验表明，由于存在等离子体屏蔽效应，脉冲能量大于35 mJ后，光谱线强度开始减弱。由时间分辨发射光谱发现，在等离子体羽膨胀过程中等离子体辐射波长（以Si I 390.6 nm为例）存在红移现象，波长红移量随时间演化呈二次指数衰减。
光谱学 脉冲激光烧蚀 等离子体发射光谱 谱线强度 光谱红移
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
为了研究温度变化对CO吸收光谱线的影响, 首先从吸收光谱原理出发, 采用理论分析的方法, 并利用高分辨率分子透射吸收数据库得出与温度有关的CO吸收光谱线谱线强度、综合加宽线型函数和吸收系数, 然后通过MATLAB数值仿真出温度与CO吸收光谱线的谱线强度、综合加宽线型函数和吸收系数的变化关系曲线, 并分析讨论温度与它们的关系。结果表明, 温度对CO吸收光谱线的影响, 特别是对综合加宽线型函数的影响是复杂的, 并且不同激光频率还会影响线型函数和吸收系数随温度的变化关系, 这对于实际应用中CO的吸收与测量具有重要的参考价值。
光谱学 吸收光谱线 吸收光谱原理 谱线强度 线型函数 吸收系数 spectroscopy absorption spectral lines principle of absorption spectra spectral line intensity line shape function absorption coefficient
1 华南理工大学 电力学院, 广东 广州 510640
2 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
将激光诱导击穿光谱技术应用于煤质检测, 分析了燃煤形态对激光烧蚀特性的影响。利用532 nm激光在大气常压环境下烧蚀样品, 同时使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测。对比分析两种不同形态煤样的等离子体温度、电子密度以及元素特征谱线强度随脉冲能量变化的规律。实验研究表明, 样品形态对燃煤的激光烧蚀特性有显著影响。不同形态燃煤的等离子体温度、电子密度以及元素特征谱线强度随脉冲能量的变化规律有所不同。相同实验条件下, 粉状煤样形成的等离子体温度和电子密度均比块状煤样的高, 但块状煤样的元素特征谱线强度则更大。
光谱学 激光诱导击穿光谱 样品形态 激光烧蚀特性 谱线强度 等离子体温度
