1 有研科技集团有限公司国家有色金属及电子材料分析测试中心，北京 100088
2 国合通用测试评价认证股份公司，北京 101400
3 北京有色金属研究总院，北京100088
4 山东东仪光电仪器有限公司,山东 烟台 264003
5 中国科学院山东综合技术转化中心烟台中心,山东 烟台 264003
6 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 13033
基于自行设计搭建的远程激光诱导击穿光谱(LIBS)系统, 完成了远程LIBS的聚焦特性分析, 并对远程 LIBS技术应用于镍基高温合金成分分析的实验方法进行了研究。 该LIBS系统具备激光发射光路和信号采集光路同轴且独立变焦的特点, 通过自动聚焦, 可实现1~10 m的远程分析。 研究表明: 受激光聚焦焦深的影响, 等离子体光信号可探测范围随系统工作距离的增大而增大, 即系统对聚焦精确度的要求降低; 同时, 烧蚀斑点尺寸增大导致的功率密度减小及信号采集立体角的减小, 会使得谱线强度随工作距离的增大成四次方反比关系衰减。 分别使用无内标的标准曲线法和有内标的标准曲线法建立了GH4169镍基高温合金中Ni, Cr, Nb, Mo, Ti和Al六种元素的标准曲线, 有内标的标准曲线的拟合优度R2(0.999 7, 0.999 4, 0.998 7, 0.999 1, 0.998 1和0.999 7)明显优于无内标的标准曲线(0.953 2, 0.876 6, 0.897 4, 0.914 5, 0.938 4和0.991 6)。 对比了LIBS和X射线荧光光谱(XRF)两种分析技术, 对于常量元素Ni, Cr, Nb和Mo, 两种方法的相对标准偏差分别在1.74%~3.90%以及0.10%~0.52%, 相对误差分别在0.21%~0.92%以及0.64%~2.25%; 对于微量元素Ti和Al, 两种方法的相对标准偏差分别为5.58%, 4.15%以及2.39%, 5.64%, 相对误差分别为2.75%, 2.93%以及4.68%, 2.39%。 由于激光诱导等离子体的不稳定性、 烧蚀样品量少的特点, 远程LIBS方法的精密度稍逊于XRF方法, 但LIBS方法通过重复多次测量, 可以有效减小测量误差, 表明LIBS技术应用于镍基高温合金的远程在线分析具有一定的可行性。
激光诱导击穿光谱 远程 焦深 标准曲线法 Laser-induced breakdown spectroscopy Remote Depth of focus Standard curve method
铝合金作为重要的金属材料, 广泛应用于各领域, 但大量的铝合金废料却难以进行分类回收。 二次资源的回收利用是我国工业绿色、 可持续发展的助推器, 如何快速、 简便地对铝合金废料进行识别分类则成为了铝合金废料回收利用的先决条件。 激光诱导击穿光谱(LIBS)是近年来发展快速的一种分析技术, 具有快速、 全元素分析、 实时、 原位、 远距离检测等优点, 已广泛应用于塑料、 土壤、 肉类、 钢铁等识别研究, 大多采用最小二乘判别分析法、 簇类独立软模式、 人工神经网络、 支持向量机、 随机森林等算法来建立模型。 基于迭代型树的XGBoost算法具有正则化、 并行处理运算、 内置交叉验证和高度的算法灵活性等优势, 其模型结构相对简单、 运算量较小, 且准确率较高, 成为近年来机器学习中极受欢迎的算法, 因而被广泛应用。 基于六种铝合金样品的600组光谱数据, 根据NIST原子发射光谱数据库进行光谱特征提取, 确定光谱特征谱线的分类依据。 利用XGBoost算法进行自动分类及排序, 将处理后的光谱数据随机划分为训练集和测试集, 通过训练集构建算法模型, 提取其分类特征; 利用测试集检验模型的稳定性和可用性, 防止出现过拟合。 XGBoost在固定参数下得到的模型具有一定的自适应性, 较少受数据集的影响, 总体准确率可达96.67%。 其分类特征与已知的元素含量信息相吻合, 证明了基于光谱的特征谱线数据, 可为分类识别提供参考; 同时还可根据XGBoost生成的特征评分来对光谱谱线特征的重要性进行排序。 实验结果表明, LIBS可用于不同种类铝合金的快速识别, 为废弃金属的分类回收提供了一种新的技术。
铝合金 激光诱导击穿光谱 识别 决策树 Aluminum alloy LIBS Recognition XGBoost Decision Tree XGBoost 强激光与粒子束
2020, 32(1): 011015
1 上海航天技术研究院宇航系统工程研究所, 上海 201108
2 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
γ射线等高能射线会使掺镱光纤产生暗化效应,降低掺镱光纤激光器长时间运行的可靠性。测量了γ射线辐照总剂量对大模场掺镱光纤的损耗特性,结果表明,待测光纤损耗随辐照总剂量线性增大。基于辐照导致的损耗的测量结果和速率方程模型,研究了辐照损耗产生后具有不同结构参数的激光器的效率变化。结果显示,仅考虑辐照损耗效应时,976 nm泵浦的光纤放大器对辐照附加损耗的敏感性最低;待测光纤最优信号光的中心波长为1070 nm,但是在1060~1100 nm范围内最小与最大效率仅相差2%。本研究从掺镱光纤激光器系统层面开展探索研究,为后续激光器的设计和实际应用提供了参考。
激光器 掺镱光纤 γ射线; 光子暗化 激光器效率 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 011406
针对人体健康数据收集需要多参量且柔性安全的传感器，提出利用基于光纤布喇格光栅(FBG)的柔性传感器，对人体温度、压力和运动状态进行检测。理论分析了温度和压力对FBG反射波长漂移量的影响，以及压力对光纤光功率的影响，建立了温度传感模型、压力传感模型和人体运动模型。基于柔性基底的传感器在温度传感和压力传感方面的性能都得到了不同程度的提升。最后通过实验验证了柔性基底光栅传感器对人体温度、压力以及运动状态的监测性能。
光纤布喇格光栅 聚合物 温度 压力 运动状态 fiber Bragg grating polymer temperature pressure motion state
1 武汉理工大学 物理系, 武汉 430070
2 ESDEMC 科技有限公司, 罗拉 65401
显示屏是人机交互的重要部件, 当人体静电放电发生在显示屏表面时, 有可能导致软硬故障。为了研究显示屏空气式静电放电实验特性, 通过一个自制的装置对显示屏空气式静电放电电流和通过显示屏的位移电流进行了实验测量。研究发现: 放电电流峰值随接近速度的增加而增加, 上升时间随接近速度的增加而减小。在±10~±12 kV电压范围, 受电弧长度的影响, 上升时间增大, 电流峰值变小。随着测量点与放电点之间距离的增大, 位移电流波形峰值减小、上升时间增大, 正极性放电峰值更大且扩散范围更广, 而负极性放电上升时间增大更加明显。由位移电流波形及其分布可以计算出电荷密度。电荷密度随距离放电位置距离的增大而减小。与正极性相比, 尽管负极性放电电流峰值较低, 但电荷密度较高, 说明负极性放电具有造成更高等级损伤风险的危害。
静电放电 空气放电 电流峰值 上升时间 位移电流 电荷密度 electrostatic discharge air discharge peak current rise time displacement current charge density 强激光与粒子束
2019, 31(6): 063203
