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扫描波长调制光谱高精度复现分子吸收率函数方法 被引量：1
1
作者 黄知秋 李启正 +3 位作者 张猛 彭志敏 杨乾锁 杜艳君 《物理学报》 北大核心 2025年第6期132-143,共12页
基于低频三角波扫描加高频正弦波调制的扫描波长调制策略,提出了一种高精度、免标定分子吸收率函数重构方法.该方法利用谱线在扫描频率下对应的各次谐波信号重构出以该频率为中心、以调制深度为半宽度频域范围内的透过率信息,结合低频... 基于低频三角波扫描加高频正弦波调制的扫描波长调制策略,提出了一种高精度、免标定分子吸收率函数重构方法.该方法利用谱线在扫描频率下对应的各次谐波信号重构出以该频率为中心、以调制深度为半宽度频域范围内的透过率信息,结合低频扫描即可得到谱线透过率信息,最后对频率重叠区域的透过率进行插值平均即可得到分子吸收率函数.为验证该方法的测量精度,利用CO_(2)分子在6330.821 cm^(-1)谱线对不同浓度CO_(2)的吸收率函数进行重构,并拟合得到浓度,吸收率拟合残差标准差达到10^(-5),强吸收与弱吸收的测量信噪比分别达到503与222.3000次连续在线浓度测量结果分布直方图表明,谐波重构法测量稳定性显著优于直接吸收法和二次谐波峰值法,预期可为谱线参数的高精度标定以及复杂工业现场中弱吸收气体参数高精度在线监测提供新的可靠测量方法. 展开更多
关键词 扫描波长调制光谱 谐波检测 透过率数据矩阵 吸收率函数重构
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基于LIBS技术的钢丝表调液Zn元素快速检测分析
2
作者 时晨 马明俊 +4 位作者 方丽 赵南京 殷高方 陈富强 张小玲 《激光技术》 北大核心 2025年第2期175-179,共5页
为了实现钢丝表调液在线快速检测,采用滤纸富集钢丝表调液,验证富集方式的可行性;在此基础上研究了pH值对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测结果的影响,并通过匹配标准样pH值分别建立定标曲线,反演某钢丝厂7种表调液中的Zn元素,进行了理... 为了实现钢丝表调液在线快速检测,采用滤纸富集钢丝表调液,验证富集方式的可行性;在此基础上研究了pH值对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测结果的影响,并通过匹配标准样pH值分别建立定标曲线,反演某钢丝厂7种表调液中的Zn元素,进行了理论分析和实验验证。结果表明,Zn含量相同时,随着pH值变化,其LIBS光谱强度有显著差异;不同种类钢丝表调液pH值覆盖-0.91~8.95,针对不同pH值样品,其相关系数均达0.98以上,7种表调液LIBS技术检测与电感耦合等离子体质谱法检测结果之间平均相对误差为-13.09%;用LIBS技术结合pH值匹配建立定标曲线,可实现钢丝表调液中Zn元素快速准确测量。该研究为LIBS技术应用到钢丝生产过程中表调液关键元素的在线检测提供了方法基础。 展开更多
关键词 光谱学 快速检测 激光诱导击穿光谱 重金属 钢丝表调液
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基于激光诱导击穿光谱技术的口腔正畸弓丝使用状态评估方法研究
3
作者 徐子恒 杨光 +2 位作者 曲东明 王玉琢 丁宇 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3182-3189,共8页
随着口腔正畸在大众群体中的普及,正畸弓丝作为口腔正畸过程中传递矫顽力、引导牙齿移动的核心载体正日益成为研究者们的研究热点。富含酸、碱、酶、盐等物质的复杂口腔环境使得正畸弓丝在使用过程中产生化学腐蚀、离子析出和微生物黏... 随着口腔正畸在大众群体中的普及,正畸弓丝作为口腔正畸过程中传递矫顽力、引导牙齿移动的核心载体正日益成为研究者们的研究热点。富含酸、碱、酶、盐等物质的复杂口腔环境使得正畸弓丝在使用过程中产生化学腐蚀、离子析出和微生物黏附等一系列变化,由此带来的过敏性反应、牙龈并发性炎症和釉质脱矿性龋齿等问题已经正成为口腔正畸过程中不容忽视的难题。基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)开发了一种正畸弓丝现场快速分析方法,研究以在患者口腔中使用1~6个月不等的铜镍钛、普通镍钛、热激活镍钛弓丝为样品,在初步划分弓丝观测区域的基础上,深入分析不同烧蚀次数下Ca、Ni、Ti等重要元素的变化趋势。结果表明,针对同一烧蚀点的前5次烧蚀可采集牙菌斑与弓丝作用形成的生物膜光谱信息,从而反映微生物代谢产物在弓丝表面的富集状态,当烧蚀次数超过5次所采集到的光谱趋于一致,此时捕获的信号主要表征弓丝本体的合金成分。通过分析弓丝不同区域Ca元素谱线强度差异,可反映正畸患者口腔内牙菌斑分布状态,从而监测弓丝使用状态、患者口腔清洁程度及牙齿健康状况。该方法为口腔正畸过程中龋齿的早期预防提供了直观、可靠的判断依据,帮助医生在患者牙釉质可见白斑前干预脱矿进程。其次,针对已发生的龋损,可追溯性分析弓丝钙分布模式与患者清洁习惯的关联性,辅助鉴别龋病成因系清洁不足抑或个体易感性所致,为正畸医生了解到正畸患者最真实可靠的口腔清洁效果提供了客观技术手段,弥补了传统经验判断的不足。在该研究中建立起的牙菌斑——弓丝表面钙元素差异的模型有望为正畸过程中难以避免的高发龋齿问题提供新的解决思路。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 正畸弓丝 表层光谱 牙菌斑
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基于K-means-CNN的复杂牌号混合合金样品分类研究
4
作者 马耀安 黄裕婷 +5 位作者 张健豪 曲东明 扈蓓蓓 刘碧野 杨光 孙慧慧 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1946-1952,共7页
激光诱导击穿光谱(LIBS)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析,从而确定样品的物质成分及含量,是一种具有制样简单,非接触测量,现场适应能力强,分析速度快的高效元素分析方法。使用LIBS技术进... 激光诱导击穿光谱(LIBS)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析,从而确定样品的物质成分及含量,是一种具有制样简单,非接触测量,现场适应能力强,分析速度快的高效元素分析方法。使用LIBS技术进行元素分析,成分分类识别是研究的关键方向,目前LIBS技术主要应用于岩石矿产检测,环境监测,化学品识别相关领域,而对多种成分复杂牌号混合合金分类问题研究较少。常用高性能精确分类算法通常对计算资源要求高,难以搭载在要求便携性,小型化的LIBS系统中。MPL-T-1064激光器产生脉冲激光,通过前置镜组调制光路,激发Al,Fe,Cu多种牌号合金的混合样品采集数据。使用主成分分析方法(PCA)对数据进行预处理,输入K均值聚类算法(K-means),卷积神经网络(CNN)模型中进行分类。使用K-means无法对复杂牌号合金进行精细分类,但在大类区分工作中准确率达到99.97%。CNN可以对复杂牌号合金进行精细分类,准确率达99.15%,但对计算资源要求相对较高。针对上述问题,设计了一种融合算法,使用K-means算法处理混合合金光谱数据,对相同种类不同牌号的样品进行粗分类,将一次分类后的数据输入CNN模型进行精细分类,在Al,Fe,Cu十种牌号样品的混合合金光谱中分类准确率达到99.35%,在5折交叉验证中准确率达99.52%,验证了算法在分类准确的同时具有较好的泛化能力。融合算法分类准确率相比K-means算法提高了39.65%,运行速度相比CNN算法加快21.94%。为多种成分复杂牌号混合合金分类问题提供了高效,快速,准确的方法。为更加轻量化,便携化的LIBS系统发展方向提供了新的思路。 展开更多
关键词 合金分类 K-MEANS 卷积神经网络 激光诱导击穿光谱
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结合主导因素和多层感知机提高LIBS定量化性能
5
作者 崔佳诚 宋惟然 +3 位作者 姚蔚利 姬建训 侯宗余 王哲 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期1022-1027,共6页
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速崛起的原子光谱分析技术,在煤质分析等领域有广阔的应用前景。近年来,各种机器学习方法已经被用于提高LIBS煤质分析的定量分析能力,并取得了不错的效果。然而这些方法忽视了LIBS的物理机制,因而模型的... 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速崛起的原子光谱分析技术,在煤质分析等领域有广阔的应用前景。近年来,各种机器学习方法已经被用于提高LIBS煤质分析的定量分析能力,并取得了不错的效果。然而这些方法忽视了LIBS的物理机制,因而模型的鲁棒性、适用范围和可解释性受限。为了提高LIBS定量的准确度和可靠性,提出了一种基于主导因素方法(DF)结合多层感知机(MLP)人工神经网络的回归方法,称为DF-MLP。其中,主导因素模型是利用光谱领域知识提取特征变量、并基于物理规律建立的线性回归模型;MLP则是在此基础上,用机器学习方法修正主导因素模型的残差。DF-MLP首次将主导因素方法与多层感知机神经网络结合起来,可以在不降低模型复杂度的前提下充分利用光谱领域知识,提高模型的可解释性,从而改善鲁棒性和适用范围。实验中将DF-MLP与常规MLP、主导因素偏最小二乘(DF-PLSR)、主导因素支持向量机(DF-SVR)对比,在煤质分析的固定碳含量、灰分、挥发分三个任务上均取得了最优结果。均方根误差(RMSEP)相比于常规MLP分别降低了13.21%、14.54%和21.77%,比DF-SVR分别降低了14.75%,23.13%和5.99%。实验结果表明,将领域知识与神经网络方法结合是提高LIBS定量化性能的可行方式。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 主导因素 人工神经网络 煤炭 定量分析
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高精度职业性慢性铅中毒筛查:机器学习增强的LIBS技术应用
6
作者 张蕊 康丽珠 +6 位作者 黄智杰 闫文豪 林湛坚 陈吉 鲁兵 薛志东 李祥友 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第6期1648-1656,共9页
职业性慢性铅中毒是一种逐渐发展的病症,因早期症状不典型而忽略致使铅累积并发展为重度铅中毒,严重威胁着职业群体的身体健康及生活质量。尽管现有技术(如原子荧光光谱)已应用于现场即时监测,但其复杂的设备结构和分析时间限制了快速... 职业性慢性铅中毒是一种逐渐发展的病症,因早期症状不典型而忽略致使铅累积并发展为重度铅中毒,严重威胁着职业群体的身体健康及生活质量。尽管现有技术(如原子荧光光谱)已应用于现场即时监测,但其复杂的设备结构和分析时间限制了快速原位检测的普及。激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新兴的检测手段在元素分析领域展现出巨大的潜力和应用前景。采用LIBS技术结合机器学习算法,证明了职业性慢性铅中毒类别快速诊断的可行性。优化了全血样品制样方法,提出超声处理可使全血基质分布更加均匀从而缓解激光作用于干燥血液时的样品碎裂问题。相比滤纸、石墨和硼酸基板,载玻片是最合适的基板类型。探讨了不同LIBS实验参数对铅元素特征谱线信号强度与信背比的影响。采集了不同类型职业性慢性铅中毒的模拟血液LIBS数据,利用主成分分析(PCA)提取特征实现数据降维。采用10折交叉验证和支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)构建慢性铅中毒类别诊断模型。两种模型的识别准确度均达到90%以上,为低浓度铅元素光谱弱,传统方法难区分问题提出了解决方案,并且BPNN模型表现出优异的诊断效果,分类准确率和精确率分别为95.56%和96.08%。结果表明:基于机器学习的LIBS技术可实现全血中铅元素超标的及时筛检,为快速准确筛查血铅异常值提供了辅助检测方法,为职业性慢性铅中毒的诊断补充了临床依据。 展开更多
关键词 职业性慢性铅中毒 血铅 LIBS PCA SVM BPNN
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基于激光诱导击穿光谱鉴别柑橘黄龙病
7
作者 代文静 秦宏坤 +3 位作者 徐未 何玉韩 李敏 王朝晖 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期768-774,共7页
[目的]柑橘黄龙病因传播速度极快且没有根治的方法,对柑橘的产量与品质造成了严重威胁.激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)具有样品处理简单、检测速度快等优点,结合化学计量学算法可实现柑橘黄龙病的快速鉴... [目的]柑橘黄龙病因传播速度极快且没有根治的方法,对柑橘的产量与品质造成了严重威胁.激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)具有样品处理简单、检测速度快等优点,结合化学计量学算法可实现柑橘黄龙病的快速鉴别.[方法]以健康和患黄龙病的脐橙(Citrus sinensis)叶片为研究对象,首先采集叶片在中心波长390,516,589,616和646 nm处的LIBS数据,而后分别采用主成分分析(principal component analysis,PCA)、偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)、正交PLS-DA(orthogonal PLS-DA,OPLS-DA)等方法对光谱数据进行建模分析,最后对比不同模型对输入数据的分离效果以及对黄龙病的判别准确率.[结果]在对脐橙叶片是否患黄龙病的判别研究中,OPLS-DA模型训练集和验证集准确率均达到100.00%,在对轻度患黄龙病的判别研究中,训练集准确率为92.86%,验证集准确率为72.22%.[结论]LIBS结合OPLS-DA方法能够准确识别出健康和患黄龙病的脐橙叶片,在一定程度上可实现对轻度患病脐橙叶片和重度患病脐橙叶片的区分,有利于黄龙病的早期诊断.该研究结果对于黄龙病的鉴别具有重要意义. 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 柑橘 黄龙病 正交偏最小二乘判别分析
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激光气体分析仪在RH精炼炉一氧化碳监测中的应用
8
作者 王秋时 于晓鹏 +2 位作者 申勋伟 奚红军 赵玉刚 《仪表技术》 2025年第3期13-17,25,共6页
随着RH精炼炉生产的钢材种类日益多样化,生产工艺变得更加复杂,真空脱碳效果对钢材质量具有决定性影响。采用可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术,开发了一种激光气体分析仪,用于原位监... 随着RH精炼炉生产的钢材种类日益多样化,生产工艺变得更加复杂,真空脱碳效果对钢材质量具有决定性影响。采用可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术,开发了一种激光气体分析仪,用于原位监测RH精炼炉中的一氧化碳(CO)气体浓度。试验结果表明,该分析仪能够实时、准确地监测CO气体浓度,完全满足RH精炼炉炼钢工艺的需求。该技术为优化RH精炼炉脱碳过程提供了可靠的工具,对提高钢材质量和生产效率具有重要意义。 展开更多
关键词 RH精炼炉 真空脱碳 激光气体分析仪 可调谐二极管激光吸收光谱
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便携式LIBS煤质检测装置光学结构设计
9
作者 肖鸿剑 贾豫东 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2025年第2期23-28,共6页
针对煤炭检测中存在的效率低、成本高及设备体积大的问题,设计了一种便携式激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)煤质检测装置。该装置中激光束通过倾斜45°的穿孔反射镜和聚焦镜精准照射样品的检测区域;... 针对煤炭检测中存在的效率低、成本高及设备体积大的问题,设计了一种便携式激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)煤质检测装置。该装置中激光束通过倾斜45°的穿孔反射镜和聚焦镜精准照射样品的检测区域;在收集光路中,等离子体产生的光谱信号经聚焦镜反向准直后,通过穿孔反射镜反射至收光聚焦镜,最终耦合入光纤。为适应复杂表面样品并优化光谱信号质量,系统设计了可调位移平台,用于调节样品与聚焦镜之间的距离。为了验证装置的可行性,对高纯度标准样品和煤样进行实验测试。结果表明,该装置结构紧凑、体积小,能够高效识别煤样元素,具备快速响应能力和高精度的检测性能,适用于现场煤炭质量检测。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 煤质检测 光学设计 位移平台 便携
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光纤激光诱导击穿光谱技术快速检测铝质食品包装中铬含量 被引量：1
10
作者 张书迪 肖晴天 +3 位作者 梁志森 陈芳芳 王贵弘 薛骏豪 《食品安全质量检测学报》 2025年第5期10-15,共6页
目的 建立基于光纤激光诱导击穿光谱技术快速检测铝质食品包装中铬含量的检测方法。方法 使用标准物质分别评估经激光脉宽、能量和扣基线优化后的激光诱导击穿光谱法及火焰原子吸收光谱法的灵敏度和检出限,并将两种技术应用于市售铝制... 目的 建立基于光纤激光诱导击穿光谱技术快速检测铝质食品包装中铬含量的检测方法。方法 使用标准物质分别评估经激光脉宽、能量和扣基线优化后的激光诱导击穿光谱法及火焰原子吸收光谱法的灵敏度和检出限,并将两种技术应用于市售铝制食品包装样品的检测中,将相应结果进行对比。结果 激光诱导击穿光谱法耗时2 min,检出限5.7μg/g,可口可乐、铝箔纸和铝盒中铬含量的检出结果为45、22、21μg/g;原子吸收分光光度法耗时4 h,检出限7.2μg/g, 3种样本的检测结果分别为136、16、14μg/g。结论 本方法在分析速度、检出限、成本上均优于传统火焰原子吸收光谱法,且实际样本检测结果与火焰原子吸收光谱法接近,证明了本方法的可靠性,有望应用于短时间内大量样本的检测任务。 展开更多
关键词 光纤激光器 激光诱导击穿光谱法 铝制食品包装 快速检测 铬
原文传递
碱液微波消解-离子选择电极法测定土壤和沉积物中氟
11
作者 李荣华 黄鑫 +4 位作者 甘黎明 门倩妮 王双双 冯博鑫 王啸 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1358-1364,共7页
氟元素在地壳中广泛分布,是人体必须的微量元素,但过量氟对人体健康有害,因此,准确高效测定土壤和沉积物中的氟对生态环境监测与治理至关重要。由于氟元素在酸性条件下易形成氢氟酸(沸点:19.52℃)挥发损失,因此样品前处理主要采用碱熔,... 氟元素在地壳中广泛分布,是人体必须的微量元素,但过量氟对人体健康有害,因此,准确高效测定土壤和沉积物中的氟对生态环境监测与治理至关重要。由于氟元素在酸性条件下易形成氢氟酸(沸点:19.52℃)挥发损失,因此样品前处理主要采用碱熔,导致操作流程极为繁琐,氟的检出限较高(20μg/g)。微波消解作为一种新兴技术,具有消解快速高效、污染环节少等优点,采用碱液微波消解预处理方式,建立了碱液微波消解-离子选择电极法测定氟的新方法。通过考察消解液浓度、消解温度、消解时间对氟分析结果的影响,结果表明,0.2500 g试样置于微波消解罐中,加入10 mL浓度为550 g/L的氢氧化钠作为消解液,在160℃的条件下持续消解25 min可将土壤和沉积物中氟完全消解。稀释因子为1000时,氟检出限为4.72μg/g,测定下限为14.2μg/g。对土壤和水系沉积物国家标准物质(GBW07375、GBW07378、GBW07381、GBW07312、GBW07103)进行测定,氟的测定值均在其认定值的不确定范围内,相对误差RE≤0.71%,相对标准偏差(RSD,n=6)在0.25%~1.2%。按照标准加入法对实际样品进行加标回收实验,回收率为94.5%~104%。采用微波消解替代了传统熔融制样,绿色高效,同时氟检出限降低至国家标准方法的25%左右,值得推广应用于土壤和沉积物中氟含量的测定。 展开更多
关键词 氢氧化钠 微波消解 离子选择电极法 氟 土壤和沉积物
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激光诱导击穿光谱(LIBS)测定混凝土中氯元素的实验参数优化
12
作者 谭金宝 何亚雄 +4 位作者 钱自然 温起帆 赵栋烨 邱世广 柯川 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1463-1471,共9页
混凝土在服役过程中易受到雨水、土壤及海水中氯离子的侵蚀,准确检测混凝土中的氯离子含量对建筑结构的防护具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其快速分析、微损检测、实时分析和原位分析等优势,非常适合用于材料腐蚀领域的研... 混凝土在服役过程中易受到雨水、土壤及海水中氯离子的侵蚀,准确检测混凝土中的氯离子含量对建筑结构的防护具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其快速分析、微损检测、实时分析和原位分析等优势,非常适合用于材料腐蚀领域的研究,但对于卤素元素的检测能力偏弱。采用LIBS技术中的分子发射检测方法,制备符合海滨环境混凝土建筑配比的混凝土试块样品,以CaCl分子发射谱线为检测对象,研究不同实验参数对CaCl分子谱线信号的影响,并确定混凝土中氯元素分析的最佳实验条件。通过研究不同聚焦位置、采集延迟时间、激光能量对光谱信号的影响,结果表明:使用100 mm聚焦透镜时,最佳采集位置为聚焦点前0.6 mm;光谱仪最佳采集时间为激光触发后1μs;最佳激光能量为142 mJ。在等离子体光谱信号采集方式的研究中,发现信号稳定性随着采集频率的提高而显著增强。通过研究,确定了基于LIBS技术检测混凝土中氯元素的优化实验参数,为后续相关实验提供了实验依据和数据支撑。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 混凝土 氯离子腐蚀 CaCl分子信号 实验参数
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激光诱导击穿光谱技术的绝缘子污秽等级远程分析方法研究
13
作者 管子然 胡聪 +2 位作者 石俏 吴慧峰 何文峰 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2563-2568,共6页
绝缘子是输电线路中的重要部件,尤其是在特高压线路中发挥支撑和绝缘的重要作用。然而,随着各种工业粉尘、烟尘等污秽在绝缘子表面附着堆积,引起绝缘子的绝缘性能下降,易诱发输电线路污秽闪络,造成重大损失,因此,对输电线路绝缘子污秽... 绝缘子是输电线路中的重要部件,尤其是在特高压线路中发挥支撑和绝缘的重要作用。然而,随着各种工业粉尘、烟尘等污秽在绝缘子表面附着堆积,引起绝缘子的绝缘性能下降,易诱发输电线路污秽闪络,造成重大损失,因此,对输电线路绝缘子污秽等级的判别是输电系统安全可靠运行的一项重要任务。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种元素原位快速分析技术,具备无需取样、现场分析及远程遥测等特点。以人工污秽为分析对象,开展了玻璃绝缘子表面污秽样品等级的LIBS原位远程遥测判别方法研究。基于远程LIBS新装置,在测试距离2 m,激光器输出能量50 mJ,激光器频率20 Hz,光谱仪积分时间2.0 s,延时时间2.0μs的工作条件下,实现了对人工污秽中Mg,Si,Al,Ca,Na等元素的定性分析,污秽中Na元素谱线强度与污秽等值盐密之间呈现良好的线性关系。基于所获得LIBS光谱中Mg、Na、Al等代表性盐类的特征谱线,以主成分分析(PCA)和K-近邻算法(KNN)算法分别完成了对人工污秽等级的聚类判别,其中KNN分类模型准确度为94.4%,精确率为93.7%,模型召回率为96.4%。该研究表明,LIBS技术可实现绝缘子表面污秽多元素成分的远程遥测原位分析,进一步结合机器学习算法可实现对污秽等级的直接判别。本工作可为后续深入研究LIBS技术服务电力行业的原位分析应用,开发针对性的配套分析仪器设备提供方法学支撑。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 远程遥测 污秽等级 绝缘子 元素分析
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激光诱导击穿光谱(LIBS)技术融合机器学习快速鉴别土壤重金属污染等级
14
作者 彭莎 何亚雄 +3 位作者 温起帆 赵栋烨 李博轩 柯川 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1295-1303,共9页
鉴于重金属于土壤中长期累积会致使土壤污染加剧、质量衰退,进而衍生出诸多棘手的环境问题,对土壤重金属含量进行持续且精准监测至关重要。通过整合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与智能算法,致力于实现土壤中重金属污染等级的快速精准辨... 鉴于重金属于土壤中长期累积会致使土壤污染加剧、质量衰退,进而衍生出诸多棘手的环境问题,对土壤重金属含量进行持续且精准监测至关重要。通过整合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与智能算法,致力于实现土壤中重金属污染等级的快速精准辨识。首先,运用中值绝对偏差(MAD)法剔除异常光谱,并对光谱数据执行归一化操作,以有效抑制激光能量波动以及环境噪声所引入的干扰,保障数据的可靠性与稳定性。继而引入支持向量机(SVM)、K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)与决策树(DT)的智能算法,针对预处理后的光谱数据实施分类识别,为化解因参数择取失当引发的过拟合或欠拟合风险,采用随机搜索策略对各模型予以优化。经综合比对,SVM模型呈现出最优的分类精度,Cr和Cu污染土壤等级识别的准确率分别为99.417%、99.250%。实验表明,SVM和LIBS相结合可以快速判断土壤中重金属污染等级,同时也为环境检测与治理提供了一个新的技术方向。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 机器学习 中值绝对偏差法 土壤重金属污染
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的Nb_(3)Sn成相过程中Ta对Sn扩散的影响研究
15
作者 李暾 何亚雄 +3 位作者 汪金凤 温起帆 赵栋烨 张红 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1418-1426,共9页
Nb_(3)Sn超导体成相过程中的锡(Sn)扩散不完全问题显著影响其超导性能,因而限制了其应用领域。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种快速、微损的检测技术,具有多元素同步分析、响应迅速等优点。采用L... Nb_(3)Sn超导体成相过程中的锡(Sn)扩散不完全问题显著影响其超导性能,因而限制了其应用领域。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种快速、微损的检测技术,具有多元素同步分析、响应迅速等优点。采用LIBS技术研究掺杂0~7 at%Ta对Sn扩散法制备Nb_(3)Sn过程中Sn扩散行为的影响,并直观地观察到Ta的掺杂对Sn扩散行为的影响。通过微观形貌结构以及超导电性的观察,考察了Ta的掺杂对Sn扩散法制备Nb_(3)Sn样品的影响机理。一定量的Ta掺杂有利于样品中晶粒的减小,因而提供了更多的晶界。晶界是Sn扩散的主要通道,从而促进了Sn在样品中的扩散,同时促进了Nb_(3)Sn合成反应,Nb_(3)Sn合成又进一步促进Sn扩散。因此,在掺杂5 at%Ta时样品获得了最小晶粒且均匀分布,而且根据LIBS数据判断此时可获得最大的Sn扩散深度值。因此5 at%Ta样品具有最佳的超导电性。由此可知,一定量的Ta掺杂有利于解决Nb_(3)Sn样品制备中Sn扩散不完全的问题。另一方面,印证了LIBS技术可以直观有效地提供Sn扩散行为的判据,支持了LIBS技术的应用潜力。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 Nb_(3)Sn块材 Sn扩散 超导转变温度
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煤堆氧化气体的多波长激光光谱耦合检测方法研究
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作者 吴青松 刘建明 +2 位作者 王青山 刘岱楠 封朋 《中国宽带》 2025年第11期145-147,共3页
煤堆自燃是煤炭储存和运输过程中的重大安全隐患问题,对其进行早期预警主要是依靠对氧气浓度的监测,目前常见的检测手段存在检测灵敏度低,抗干扰性差等弊端,满足不了现有的使用需求。本文采用一种基于气体光谱检测的多波长激光光谱耦合... 煤堆自燃是煤炭储存和运输过程中的重大安全隐患问题,对其进行早期预警主要是依靠对氧气浓度的监测,目前常见的检测手段存在检测灵敏度低,抗干扰性差等弊端,满足不了现有的使用需求。本文采用一种基于气体光谱检测的多波长激光光谱耦合检测技术,采用将可调谐二极管激光吸收光谱技术和多波长耦合方法结合的方式来检测煤堆中氧化气体的浓度,得到了在模拟煤堆环境内针对目标气体检测达到ppm量级、误差率小于5%的结果,明显优于常用的电化学传感器,验证了此方法对于煤堆自燃的早期预警具有良好的实用价值。 展开更多
关键词 气体光谱检测 煤堆自燃 多波长激光光谱 耦合检测 氧化气体分析
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激光诱导击穿光谱在古陶瓷成分分析中的研究进展
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作者 吴燕丹 刘秋武 王小怀 《广州化工》 2025年第21期10-13,共4页
激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种新兴的光谱分析方法,因其具有微损伤、快速、高灵敏度和原位分析等优点,在古陶瓷成分分析领域展现出巨大的应用潜力。综述了LIBS技术的基本原理、特点以及其在古陶瓷成分分析、深度剖析、多技术交叉... 激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种新兴的光谱分析方法,因其具有微损伤、快速、高灵敏度和原位分析等优点,在古陶瓷成分分析领域展现出巨大的应用潜力。综述了LIBS技术的基本原理、特点以及其在古陶瓷成分分析、深度剖析、多技术交叉验证和快速分类等方面的应用研究进展,并对LIBS技术在陶瓷领域的未来发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 古陶瓷 成分分析 深度剖析 快速分类
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用于激光诱导击穿光谱煤质定量检测的算法模型对比研究
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作者 张冬练 王庆松 +1 位作者 茌方 王森 《能源与环保》 2025年第9期129-135,142,共8页
在激光诱导击穿光谱(LIBS)用于煤炭元素含量和工业指标的检测中,定量算法模型的选择和优化直接影响到检测结果的准确性和精度。采用卷积神经网络(CNN)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)算法,对150个煤炭样本进行了元素含量和工业指标的... 在激光诱导击穿光谱(LIBS)用于煤炭元素含量和工业指标的检测中,定量算法模型的选择和优化直接影响到检测结果的准确性和精度。采用卷积神经网络(CNN)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)算法,对150个煤炭样本进行了元素含量和工业指标的预测和建模,并对几种算法的预测结果进行了对比。研究结果表明,对于元素含量(C、H、N和S)的检测,CNN模型的预测准确性优于机器学习算法,其训练拟合度(R^(2))在0.9061~0.9804,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0342、0.0225、0.0219和0.0166;而SVM模型的R^(2)在0.1243~0.5885,RMSEP分别为0.1424、0.1547、0.1244和0.0969;RF模型的R^(2)在0.8123~0.8970,RMSEP分别为0.1716、0.1747、0.1804和0.1420。将基于AlexNet的卷积神经网络用于煤炭的灰分、挥发分和热值的预测,模型的训练拟合度(R^(2))分别为0.8365、0.9985和0.9983,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0039、0.0046和0.0045。可见,与传统的机器学习模型相比,卷积神经网络在处理复杂高维数据时表现出更快的收敛速度,同时在训练和测试集上的损失值均较低,显示出其优异的泛化能力和处理效率,从而可以有效改善数据的稳定性和精度。结果表明,基于卷积神经网络的深度学习算法,在一定程度上能够改善LIBS光谱数据的稳定性和光谱信噪比,有利于提高数据建模的预测精度,为煤炭的元素和工业指标的快速检测提供一种高准确性、高精度的方法。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 煤质检测 支持向量机 随机森林 卷积神经网络
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国产中红外量子级联激光多组分气体分析仪的研制进展
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作者 谢兆明 朱卫东 +3 位作者 顾潮春 赵玲宝 赵建忠 黄金城 《分析测试技术与仪器》 2025年第1期69-76,共8页
简要介绍了中红外量子级联激光多组分气体分析仪的研发背景,包括中红外激光多组分气体分析、中红外半导体激光器、量子级联激光器(QCL)、量子级联激光吸收光谱(QCLAS),以及国内外中红外激光气体分析仪的技术应用.重点以HQLS-1000为例介... 简要介绍了中红外量子级联激光多组分气体分析仪的研发背景,包括中红外激光多组分气体分析、中红外半导体激光器、量子级联激光器(QCL)、量子级联激光吸收光谱(QCLAS),以及国内外中红外激光气体分析仪的技术应用.重点以HQLS-1000为例介绍国产中红外QCLAS多组分气体分析仪及分析系统QCL-CEMS的研制,包括阵列式QCL模块、长光程测量池及多组分激光驱动信号的分时复用设计技术等.概要介绍了国产QCLCEMS的系统集成技术及性能. 展开更多
关键词 中红外激光多组分气体分析 量子级联激光器 量子级联激光吸收光谱 国产化
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基于荧光光镊与机器学习的单细胞血液分类方法 被引量：2
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作者 周哲海 熊涛 +2 位作者 赵爽 张帆 朱桂贤 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1081-1087,共7页
利用物种间血液成分的差异来识别物种,对生物医学、医疗健康、海关、刑侦、食品安全、野生动物保护等工作十分重要。但目前的研究都是针对群体细胞展开,忽略了单细胞的异质性,开展基于单细胞的血液光谱分类方法研究非常迫切。在此提出... 利用物种间血液成分的差异来识别物种,对生物医学、医疗健康、海关、刑侦、食品安全、野生动物保护等工作十分重要。但目前的研究都是针对群体细胞展开,忽略了单细胞的异质性,开展基于单细胞的血液光谱分类方法研究非常迫切。在此提出了一种基于荧光光镊和机器学习的单细胞血液分类方法,利用光镊实现了单细胞捕获,通过荧光光谱检测系统获得了单细胞荧光光谱数据,并基于机器学习方法实现了准确分类。首先,设计并搭建了一套荧光光镊系统,实现了单细胞捕获和荧光光谱检测。然后,制备了马、猪、犬、鸡四种动物的红细胞稀释液,以440 nm激光作为荧光激发光源,获得了四个物种每种100条、共计400条荧光光谱数据,并进行了背景去除、平滑、归一化的预处理,消除了信号中的噪声干扰。随后,建立了随机森林分类模型,分析了当抽取特征数k=20时,模型中树的棵数与预测准确率之间的关系,当决策树m=500时,分类正确率趋于稳定,有很高的分类正确率和运行效率。进一步地,设定样本数据的30%作为测试集、70%为训练集,计算不同波长与特征重要性之间的关系,得到了10个分类准确率,并取平均值作为模型分类的准确率,测试集最终准确率达到93.1%,方差为0.31%。最后,计算了混淆矩阵,对模型预测精度进行了评价,鸡的分类正确率最高,马的分类正确率最低。分析表明,对分类有重要贡献的物质分别是卟啉类物质、血红素和黄素腺嘌呤二核苷酸。总之,研究表明,将荧光光镊与机器学习方法相结合,可实现单细胞水平的血液分类,较高的分类正确率验证了这种方法的可行性和有效性。同时,该方法不需要过多样品就能满足建模需求,避免了因浓度低带来的荧光自吸收强度过低等问题,具有快速、准确分类的优点,具有非常重要的潜在应用价值。 展开更多
关键词 血液分类 荧光光镊 机器学习 单细胞 随机森林分类模型
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