[发明专利]一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法

说明书

一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法，包括：S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品，并得到各样品的表面粗糙度；S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面，获得等离子体特征光谱数据；S3、建立等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系；S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射待测复合材料的表面，获得对等离子体特征光谱数据；S5、根据S4得到的等离子体特征光谱数据，利用步骤S3得到的定标关系，确定待测复合材料的表面粗糙度。利用本方法可以对复合绝缘材料进行远程、带电的现场测试，快速获得精确的复合材料表面粗糙度。

技术领域

本发明属于材料表面粗糙度测量技术，具体涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法。

背景技术

目前测量材料表面粗糙度最常用的方法利用探针接触式的粗糙度测试仪进行测量，测量过程中需要将仪器放置于样品表面，且需保证表面较为平整。对于一些难以进行接触式测量或者材料表面不规则的情形，如高压输电线路的复合绝缘子，其表面粗糙度是表征材料老化的重要特征量之一，材料老化会威胁电力系统的正常运行。而这些传统手段无法提供现场在线测量，它们需要在线路停电期间进行绝缘子采样，属于破坏性测量。

激光诱导击穿光谱技术(Laser-induce Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)是通过将脉冲激光聚焦到待测样品表面进行烧蚀，从而产生等离子体，等离子体冷却时发出与元素含量有紧密联系的特征光谱，利用光谱仪采集特征光谱，可以实现对样品的成分分析。

发明内容

本发明主要是针对用传统方法如粗糙度测试仪等测量复合材料表面粗糙度时，需要在线路停电期间进行绝缘子材料采样，需要与样品接触、且需保证样品表面平整等不足之处，提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法，可以进行远程、带电的现场测试，快速而精确地测量复合材料表面粗糙度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法，包括以下步骤：

S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品，并得到各样品的表面粗糙度；

S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面，获得各样品表面粗糙度对应的等离子体特征光谱数据；

S3、建立相同或相近材料的不同粗糙度表面烧蚀产生的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系；

S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射待测复合材料的表面，获得对应于待测复合材料表面粗糙度的等离子体特征光谱数据；

S5、根据待测复合材料表面产生的等离子体特征光谱数据，利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系，确定待测复合材料的表面粗糙度。

步骤S1中，各样品的表面粗糙度通过粗糙度测试仪测量得到或非通过粗糙度测试仪得到。

步骤S1中，在每个待测表面上标记具有预定间距的多对点，利用粗糙度测试仪在每对点所连成的线段上进行测量，记录相应的粗糙度值；步骤S2中，在每个线段上均匀地选取多个点进行激光诱导击穿光谱测试，得到对应的光谱数据。

所述等离子体特征光谱数据包括谱线强度或等离子体参数。

步骤S3中，所述定标关系利用多元回归、单变量拟合、偏最小二乘法或神经网络方法建立。

步骤S3之前对所述等离子体特征光谱数据进行预处理，包括去背景、归一化、谱线与元素匹配中的一种或多种。

步骤S3中，以选定的两种元素的谱线强度比值作为自变量，粗糙度为因变量，进行多元回归，得到光谱数据与粗糙度的定标关系。