(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210602631.5 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 河钢股份有限公司 地址 050023 河北省石家庄市体 育南大街 385号 (72)发明人 刘艳丽　王玉箫　石玉龙　黄晓红　 安治国　孙永长　刘需　宋超　 黄天宇　 (74)专利代理 机构 石家庄冀科专利商标事务所 有限公司 13108 专利代理师 李桂琴 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01N 21/71(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种精细化钢铁分类定量方法及便携式系 统 (57)摘要 本发明涉及一种精细化钢铁分类定量方法 及便携式系统， 属于光谱分析检测方法及设备技 术领域。 本发明的技术方案 是： 优化实验参数， 建 立特征谱线强度数据库， 进行基线校正， 以元素 为循环条件进行模型建立， 进行未知样品预测。 本发明的有 益效果是： 利用LIBS便携系统结合 分 类判别方法后精准预测的模式， 嵌入式系统结构 更紧凑， 成本低、 检测快、 操作简便、 现场适用性 高； 钢厂各产线品种钢含量范围基本固定， 采用 先分类后精 准输入定性、 定量模 型的方法进行牌 号识别、 含量预测， 针对性高、 实用性强、 检测准 确度高。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114970164 A 2022.08.30 CN 114970164 A 1.一种精细化钢铁分类定量方法， 其特 征在于包 含以下步骤： 步骤一， 优化实验参数， 保证实验条件一 致性； 步骤二， 建立特 征谱线强度数据库； 步骤三， 对所获得的光谱数据进行光谱预处 理及基线校正； 步骤四， 以元 素为循环条件， 依次进行模型建立： （1） 选定某元素， 将定标样品的平均强度与其对应的含量相除， 得到强度含量之比， 绘 制强度含量之比与含量关系图， 确定具体分类， 并依次进行类别编号； （2） 建立分类模型； （3） 定标样品按照分好的类别， 对每个类别的定标样品依次进行各元素定性和定量模 型建立； （4） 定标样品信息和分类模型， 定标样品各类别的定性模型和定量模型均存放到数据 库， 集成入嵌入式系统； （5） 之后进行 下一个元 素， 并重复步骤四； 步骤五， 未知样品预测， 对未知样品进行同样 实验条件下的光谱检测， 获取的光谱数据 自动进入分类模型进 行类别判定， 然后输入判定好的类别模型分别进 行定性及定量结果预 测， 显示并存 储牌号信息及含量信息 。 2.根据权利要求1所述的一种精细化钢铁分类定量方法， 其特征在于： 所述步骤二中， 检测各产线含量范围的、 各种 特性已知的和各元素含量拉开梯度的样品作为定标样品， 对 于每种定标样品， 在样品表面不同位置进 行快速检测， 得到各个定标样品的光谱 数据， 建立 特征谱线强度数据库。 3.根据权利要求1所述的一种精细化钢铁分类定量方法， 其特征在于： 所述步骤三中， 得到基线平齐的光谱信号， 将 每种定标样品的所有光谱数据进 行平均， 得到N条平均后的光 谱数据； 以某元素为对 象， 提取该元素某条特征谱线处的强度和含量信息存为一个矩阵A， 矩阵为N行； 其中N 为定标样品个数。 4.根据权利要求1所述的一种精细化钢铁分类定量方法， 其特征在于： 所述步骤四中， 建立分类模型的具体步骤如下： 选择合适的分类模型算法， 采用Fe元素谱线作为内标线进 行归一化处理， 输入为优选的几条特征谱线光谱强度与相应的Fe元素内标线强度之比， 输 出为类别标签， 进行分类模型建立。 5.一种精细化钢铁分类定量便携式系统， 其特征在于： 包含手持端探头 （1） 和背包端 （2） ， 所述手持端探头 （1） 和 背包端 （2） 通过线缆连接， 手持端探头 （1） 包含激光器 （3） 、 显示 屏 （4） 、 汇聚光路 （5） 、 采集光路 （6） 和摄像头 （7） ， 激光器 （3） 的输出端连接汇聚光路 （5） ， 采 集光路 （6） 和摄像头 （7） 的输出端 连接显示屏 （4） ； 背包端 （2） 包括光谱仪 （8） 、 嵌入式系统板 （9） 、 控制器 （10） 和气瓶 （11） ， 光谱仪 （8） 的输入端通过线路连接手持端探头 （1） ， 光谱仪 （8） 与嵌入式系统板 （9） 和控制器 （10） 分别连接 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114970164 A 2一种精细化钢铁分类定量方 法及便携式系统 技术领域 [0001]本发明涉及 一种精细化钢铁分类定量方法及便携式系统， 属于光谱分析检测方法 及设备技 术领域。 背景技术 [0002]废钢是炼钢过程的必然产物， 也是电炉炼钢的主要原料之一， 以废钢为主要原料 的电炉炼钢， 将在钢铁行业绿色发展战略中发挥重要作用， 对废钢成分快检是废钢判别的 重要手段， 对节约资源与环境保护具有重要作用。 [0003]中国废钢铁协会李树斌会长提到， 在废钢分类的过程中要尤其重视高合金钢的分 拣， 呼吁研发智能检测设备用于高合金废钢成分的快速检测， 并基于检测结果按合金成分 高低进行分类， 因此， 废钢中合金元素的快速定量检测非常关键。 传统的钢铁材料成分检测 手段由于需要制样， 人力成本和时间成本较大， 无法适应生产现场的恶劣环境并对每一片 废钢进行快速成分检测； 各钢厂的钢材牌号不尽相同， 市面的常规检测设备无法全部覆盖， 加一条专用模型成本、 时间较高， 精度往往达不到需求； 针对不同钢厂的废钢种类基本具有 稳定的含量范围， 采用精细化分类定量方法及便携式系统可以精准的提升检测速度及定标 精度。 [0004]激光诱导击穿光谱 （Laser  induced breakdown  spectroscopy， LIBS） 技术相较于 传统方法， 检测速度快， 对样品破坏性更小且不需要复杂的样品制备， 现场快速 分析优势明 显。 目前国内外的便携式LIBS设备存在专用性差、 定标精度低、 价格昂贵、 性能不稳定等缺 点， 难以满足生产现场的需要， 面对冶金领域钢铁成分快速检测的迫切需求， 十 分有必要对 现有的LIBS设备进行改进， 建立 适用于各钢厂的集成专有算法的便携L IBS分析仪 。 [0005]中国专利202110337757.X公开了一种复杂基体样品的浓度检测方法及系统， 该发 明的基本原理是利用分析元素 的比强度确定分几类， 然后利用原始光谱建立分类模型， 对 采集的未知样品光谱带入分类模型确认类别后再根据所属类别的定量模型预测 位置样品 元素浓度。 该方法目的是消除基体效应， 但仅利用了比强度确定了 分几类， 并没有把比强度 得到的分类信息连同原 始光谱信息一 起作为分类模型的依据， 对基 体效应消除作用不大。 发明内容 [0006]本发明目的是提供一种精细化钢铁分类定量方法及便携式系统， 利用LIBS便携系 统结合分类判别方法后精准预测的模式， 嵌入式系统结构更紧凑， 成本低、 检测快、 操作简 便、 现场适用性高； 钢厂各产线品种钢含量范围基本固定， 采用先分类后精准输入定性、 定 量模型的方法进 行牌号识别、 含量预测， 针对性高、 实用性 强、 检测准确度高， 有效地解决了 背景技术中存在的上述问题。 [0007]本发明的技 术方案是： 一种精细化钢铁分类定量方法， 包 含以下步骤： 步骤一， 优化实验参数， 保证实验条件一 致性； 步骤二， 建立特 征谱线强度数据库；说　明　书 1/6 页 3 CN 114970164 A 3