激光诱导击穿光谱技术（LIBS）凭借实时、原位、无需样品制备及检测稳定性等方面的优势已经广泛应用于各个领域,但LIBS技术应用于冶金现场成分检测分析时,由于温度波动范围较大、等离子体采集困难等因素,导致LIBS定量分析精度低、重复性差。针对上述问题,本文通过研究温度变化对等离子体特征参数的影响,总结了特征参数随温度变化的规律,并提出采用极限学习机（ELM）提高在不同温度下LIBS定量分析的精确度,具体研究内容及成果如下:（1）熔融过程中温度变化对等离子体特征参数的影响:以Al元素为研究对象,对比分析不同温度下的光谱强度、等离子体电子温度和电子密度,总结了温度上升和下降时光谱强度和等离子体特征参数的变化规律。研究结果表明,Al元素特征谱线强度随温度上升呈增大趋势,在700℃时达到饱和,等离子体特征参数变化趋势与谱线强度基本一致,当样品温度加热至700℃时,等离子体电子温度上升至13122K,电子密度增大至4.65×1016cm-3;与温度上升相比,温度下降过程中,等离子体光谱强度,电子温度和电子密度的变化总体分为三个阶段。第一阶段,样品停止加热自然冷却,光谱强度、电子温度和电子密度随样品温度迅速下降;第二阶段,当样品温度下降至660℃左右时,光谱强度下降速度变缓,并趋于平稳,此时等离子体电子温度稳定在16000K左右,电子密度为7.6×1016cm-3;第三阶段,光谱强度及等离子体特征参数持续下降,直至样品温度下降至室温。（2）样品温度对定量分析的影响:采用内标法对光谱数据进行定量分析,定标模型结果表明,不同温度下的定标曲线不同,定标曲线的精确度及稳定性随温度上升都有所提高,CrⅡ283.56nm和Mn II 293.93nm的R2分别从0.95212、0.95485增加到了0.98345、0.98647。RMSEC分别从1.9476wt.%、0.9865wt.%降低到了0.9674wt.%、0.2168wt.%。RMSEP分别从2.3146wt.%、1.2647wt.%降低到了0.7349wt.%、0.4615wt.%。采用最小二乘支持向量机（LSSVM）提高定量分析精度LSSVM定量分析结果显示,低温下CrⅡ283.56nm的R2由0.95212提高到0.97115,高温下R2由0.98345提高到0.98674,高温下的提升效果不明显。（3）采用极限学习机（ELM）算法对4个温度下的光谱数据建立定标模型,与LSSVM和内标法相比,定量分析精度有较为明显的提高,高温下R2达到0.99016,低温下R2达到0.98146,且不同温度下定量分析精度均在0.98以上,所以采用EML可以有效削弱温度变化导致的定量分析不准确,使定量分析结果正常化。本文针对金属熔融过程中温度变化对LIBS定量分析的影响进行了研究。分析了温度变化过程中等离子体特征参数的变化规律,并采用不同的定标模型对温度变化过程中定量分析受到的影响进行了研究,提高了LIBS技术对熔融金属定量分析的精度,对LIBS技术应用于合金冶炼领域具有重要意义。
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