系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及校正結(jié)果示意圖

近日，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所科研團(tuán)隊(duì)提出了一種基于圖像反饋的激光誘導(dǎo)擊穿光譜特征譜線強(qiáng)度校正方法，實(shí)現(xiàn)了光譜信號(hào)波動(dòng)的抑制與補(bǔ)償，并將其應(yīng)用到工業(yè)在線檢測領(lǐng)域中，顯著提高了在線測量穩(wěn)定性。該研究相關(guān)系列成果發(fā)表在光譜學(xué)與分析化學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊上，并在第三屆亞洲激光誘導(dǎo)擊穿光譜研討會(huì)（ASLIBS2019）上引起廣泛討論。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)以其可原位、在線、同時(shí)分析多種元素成分的優(yōu)點(diǎn)，成為流程工業(yè)現(xiàn)場檢測關(guān)注的重要技術(shù)。但LIBS光譜的穩(wěn)定性難以保證的問題，是制約該技術(shù)應(yīng)用推廣的關(guān)鍵問題。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，可以通過樣品預(yù)處理、物理約束、實(shí)驗(yàn)條件控制等方法提高LIBS光譜穩(wěn)定性。但是，在復(fù)雜、惡劣的工業(yè)現(xiàn)場檢測環(huán)境中，由于實(shí)驗(yàn)條件波動(dòng)大，樣品無法實(shí)現(xiàn)預(yù)處理，以及物理約束無法實(shí)施等條件的限制，所獲得的LIBS光譜存在很大的波動(dòng)，嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。

激光誘導(dǎo)等離子體是獲得LIBS光譜的光源，其形貌和強(qiáng)度的變化是導(dǎo)致LIBS光譜波動(dòng)的直接原因。該研究團(tuán)隊(duì)將激光誘導(dǎo)等離子體圖像引入到LIBS光譜穩(wěn)定性校正建模中，通過同步采集LIBS光譜和相應(yīng)的等離子體圖像，以等離子體圖像特征的差異作為反饋信號(hào)對相應(yīng)的特征譜線強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償與校正，校正后的LIBS特征譜線穩(wěn)定性得到極大提升，為LIBS在線檢測應(yīng)用提供了更可靠的光譜數(shù)據(jù)。

近年來，沈陽自動(dòng)化所LIBS課題組在等離子體圖像反饋校正LIBS光譜方面展開系統(tǒng)研究，取得的成果分別發(fā)表在Analytical Chemistry、Journal of Analytical Atomic Spectrometry等國際期刊上。目前，相應(yīng)的子系統(tǒng)已經(jīng)添加到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——工業(yè)過程在線分析檢測儀器開發(fā)與應(yīng)用項(xiàng)目中的LIBS在線成分分析儀中，具體方法已在磷礦礦漿重點(diǎn)元素成分在線分析中展開應(yīng)用。