[发明专利]一种提高钢铁中碳元素含量测量精度的方法

权利要求书

1.一种提高钢铁中碳元素含量测量精度的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)选定碳含量已知的n种钢铁样品作为一组定标样品，以Z表示碳含量，第i种定标样品中碳的含量记为Z_i，i＝1，2，…，n；

2)对于步骤1)中的第i种定标样品，i＝1，2，…，n，利用激光诱导击穿光谱系统进行检测：以紫外波段的脉冲激光器(1)为激发光源，从脉冲激光器出射的激光经过聚焦透镜(2)聚焦后作用于定标样品(3)表面，在聚焦点产生等离子体，等离子体产生的辐射光信号通过采集透镜(4)进入光纤(5)，并经过光谱仪(6)处理后转化成电信号被计算机(7)采集，得到第i种定标样品的特征光谱；n种定标样品共得到n幅特征光谱；

3)以X表示碳原子谱线的强度，以Y表示碳分子谱线带的强度；求出第i种定标样品的特征光谱中碳原子谱线的强度X_i和碳分子谱线带的强度Y_i，i＝1，2，…，n；n幅特征光谱对应的碳原子谱线的强度分别记为X₁、X₂、…、X_n，n幅LIBS光谱对应的碳分子谱线带的强度分别记为Y₁、Y₂、…、Y_n；

4)以Z₁、Z₂、…、Z_n为因变量，以X₁、X₂、…、X_n和Y₁、Y₂、…、Y_n为自变量，用拟合的方法建立碳含量Z关于碳原子谱线的强度X以及碳分子谱线带的强度Y之间的函数关系f；根据此函数关系求出第i种定标样品碳含量的拟合值Z_i′：

Z_i′＝f(X_i，Y_i)；     (1)

其中f表示函数关系，i＝1，2，…，n；

5)求出Z_i′与钢铁样品中已知碳含量Z_i之间的残差W_i，n种定标样品的n个残差组成残差矩阵F；F的结构如下：

F＝[W₁ W₂ … W_n]′    (2)

6)建立谱线强度矩阵E，E的结构如下：

E=I11I12I13···I1kI21I22I23···I2kI31I2I33···I3k···············In1In2In3···Ink---(3)]]>

其中，I_ij表示第i种定标样品的特征光谱中波长j处的特征谱线对应的谱线强度，i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，k；k为特征光谱中除碳原子谱线和碳分子谱线外所有特征谱线的总数目；

7)以矩阵F为因变量，矩阵E为自变量，实施偏最小二乘回归，具体过程为：从自变量矩阵E中提取主成分，主成分既能代表数据变异信息，同时与残差矩阵F的相关程度达到最大；根据交叉有效性，共提取g个主成分t₁，t₂...，t_g；实施F在t₁，t₂...，t_g上的回归，得：

F^=t1r1+···+tgrg---(4)]]>

其中，r₁，r₂，...，r_g为回归系数；F为残差矩阵F的估计值；

根据偏最小二乘法的原理，t₁，t₂...，t_g均是矩阵E中I_ij的线性组合，因此对公式(4)变形，得到矩阵中的每一个元素

F^i=Σj=1kcjIij]]>

其中i＝1，2，…，n，c_j为对公式(4)变形后得到的系数；

8)建立定标模型：根据步骤4)中的函数关系及步骤7)中的偏最小二乘回归，得到定标模型如下：

Zi=f(Xi,Yi)+Σj=1kcjIij---(5)]]>

9)对于碳含量未知的待测钢铁样品，利用激光诱导击穿光谱系统对其进行检测，得到待测钢铁样品的特征光谱，并从特征光谱中求出碳原子谱线的强度X₀、碳分子谱线带的强度Y₀以及波长j处的特征谱线对应的谱线强度I_0j，j＝1，2，…，k；代入定标模型(5)式进行计算；即可得到的待测钢铁样品中的碳含量Z₀。