[发明专利]一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法

权利要求书

1.一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法，基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术，以下简称LIBS，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)选定碳含量已知的n种钢铁样品作为定标样品，碳含量用字母Z表示，各定标样品中碳的含量分别记为Z₁、Z₂、……、Z_n；

2)对于步骤1)中的每种定标样品，利用激光诱导击穿光谱系统对其进行检测，得到对应的一幅LIBS光谱，n种定标样品共得到n幅LIBS光谱；

3)对于步骤2)中得到的每一幅LIBS光谱，求出其碳原子谱线的强度和C₂分子谱线带的强度，碳原子谱线的强度用字母X表示，C₂分子谱线带的强度用字母Y表示；n幅LIBS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C₂分子谱线带的强度分别记为Y₁、Y₂、……、Y_n；

4)建立定标模型，即以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与碳原子谱线的强度X以及C₂分子谱线带的强度Y之间的函数关系；该函数关系记为Z＝f(X，Y），其中f表示函数关系；

5)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LIBS光谱，并从该LIBS光谱中求出碳原子谱线的强度和C₂分子谱线带的强度；记待测钢铁样品的LIBS光谱中碳原子谱线的强度为X₀、C₂分子谱线带的强度为Y₀；根据步骤4)中的函数关系Z＝f(X，Y)可以求出Z₀＝f(X₀，Y₀)，Z₀即为测量得到的待测钢铁样品中的碳含量。

2.根据权利要求1所述的一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法，其特征在于：步骤2)及步骤5)中，利用激光诱导击穿光谱系统对定标样品和待测钢铁样品进行检测之前，使用脉冲激光对样品表面进行清扫，去除样品表面的污染物和氧化物。

3.根据权利要求1所述的一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法，其特征在于：步骤3)中所述的碳原子谱线采用了193.09nm处的碳原子谱线，而C₂分子谱线带采用了473.3nm至474.07nm范围内的谱线带。

4.根据权利要求1所述的一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法，其特征在于：步骤4)中所述的建立定标模型的拟合方法为多变量线性回归法。

5.根据权利要求1所述的一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法，其特征在于：步骤2)中的所述检测通过如下装置实现：以脉冲激光器为激发光源，从激光器出射的激光经过聚焦透镜聚焦后作用于样品表面，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焦透镜被实时收集，通过光纤并经过光谱仪处理后转化成电信号而被计算机采集，得到样品的光谱。

6.根据权利要求4所述的一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法，其特征在于：所述拟合得到的函数关系为Z＝9941X-30259Y+5.21，拟合优度R²＝0.93。