本发明属于煤质检测，具体涉及探头式煤质快速检测设备及检测方法。
背景技术：
1、煤质检测是通过物理和化学方法对煤样进行化验和测试，以了解煤的质量和燃烧特性的分析工作，煤质检测在煤炭的生产和应用中具有重要作用。它能够提供关于煤炭的基本物理和化学特性的信息，包括水分、灰分、挥发分、固定碳含量、全硫、发热量等指标，这些指标不仅影响煤炭作为燃料的效率，还关系到环境保护和冶炼工艺的效果。
2、现阶段，libs检测煤质是利用激光诱导等离子体光谱分析技术对煤样进行快速、高效、多元素同时测量的方法，它能够对煤炭实时在线监测，提供快速、安全无辐射的检测环境，并且可以同时测量多种元素，而中国专利cn112070184b公开了一种激光光谱耦合rfid射频技术的煤质检测标定装置，能够确保煤质检测标定的精确性。煤质检测标定装置包括：直线滑轨，设置在输煤带上方，斜度与输煤带相同；移动部，沿着直线滑轨做往复移动，沿输煤方向上的移动速度与输煤带一致；连接柱，上端与移动部相连；防撞台，固定在连接柱的下端；激光光谱检测探头，安装在防撞台上，并且朝向输煤带；平整部，安装在防撞台上，用于平整输煤带上的煤样，包括平整片和升降机构；标签仓，安装在防撞台上，容纳多个球形标签；投标器，与标签仓相连通，安装在防撞台上，用于将球形标签投向下方煤样；写标器，安装在防撞台上，将检测出的煤质信息写入待投放的球形标签中；以及控制器；但是现有装置激光光谱检测探头对等离子体光谱辐射强度进行采集时不能抑制等离子体快速膨胀现象，使高温等离子体温度衰减速率较大，影响微量元素检测的灵敏度，针对上述问题，我们提出了探头式煤质快速检测设备及检测方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供探头式煤质快速检测设备及检测方法，解决了现有装置激光光谱检测探头对等离子体光谱辐射强度进行采集时不能抑制等离子体快速膨胀现象，使高温等离子体温度衰减速率较大，影响微量元素检测灵敏度的问题。
2、现有装置激光光谱检测探头对等离子体光谱辐射强度进行采集时不能抑制等离子体快速膨胀现象，使高温等离子体温度衰减速率较大，影响微量元素检测的灵敏度，针对上述问题，我们提出了探头式煤质快速检测设备及检测方法，简而言之，所述检测设备包括设备主机、手持检测探头；手持检测探头包括：探头壳体、激光发射部、激光束会聚管、等离子激发采集部，所述探头壳体内部中空，且探头壳体的一端固定安装有连接线缆。本发明实施例中设置有等离子激发采集部，等离子激发采集部的设置能够使高温等离子体温度衰减速率降低，并增加了等离子体中粒子间碰撞几率，进而使得处于高能级状态的原子及离子数量增多，从而起到增强光谱辐射强度进而提高libs进行微量元素检测的灵敏度。
3、本发明是这样实现的，探头式煤质快速检测设备，所述探头式煤质快速检测设备包括：
4、设备主机；
5、与设备主机电性连接的手持检测探头，所述手持检测探头用于对煤炭进行检测分析；
6、其中，所述手持检测探头包括：
7、探头壳体，所述探头壳体内部中空，且探头壳体的一端固定安装有连接线缆，连接线缆远离所述探头壳体的另一端与设备主机之间电性连接；
8、激光发射部，所述激光发射部设置在所述探头壳体内，且激光发射部用于发射煤质检测的脉冲激光；
9、激光束会聚管，所述激光束会聚管可拆卸安装在所述探头壳体的端部，激光束会聚管用于对发射的激光进行先扩充后会聚；
10、等离子激发采集部，所述等离子激发采集部设置在所述激光束会聚管上，且等离子激发采集部用于接触样品，并采集激发后等离子体光信号。
11、优选地，所述激光发射部包括：
12、激光电源，所述激光电源嵌装在所述探头壳体内，且激光电源与连接线缆之间电性连接；
13、激光发射头，所述激光发射头可拆卸设置在探头壳体内，且激光发射头与激光电源之间电性连接，激光发射头用于发射煤质检测的脉冲激光。
14、优选地，所述手持检测探头还包括：
15、探头手柄，所述探头手柄固定安装在所述探头壳体的顶部；
16、设置在激光束会聚管内的激光束会聚组件，所述激光束会聚组件用于对发射的激光进行先扩充后会聚处理；
17、角度调节部，所述角度调节部设置在等离子激发采集部和激光束会聚管之间，角度调节部用于调节所述等离子激发采集部的采集角度，以及
18、检测吹扫部，所述检测吹扫组件设置在所述激光束会聚管内，检测吹扫部用于对激光束会聚管中的激光束会聚组件进行清灰吹扫，提高光谱数据的稳定性和谱线信号强度。
19、优选地，所述等离子激发采集部包括：
20、等离子激发罩，所述等离子激发罩内设置有等离子激发腔，等离子激发腔用于提高libs微量元素检测的灵敏度，并采集等离子激发体和光信号；
21、至少一组采集光纤，所述采集光纤周向均设在所述等离子激发罩的一侧，采集光纤与连接线缆电性连接，采集光纤用于接收等离子激发罩内不同区域的光辐射信息；
22、激光约束管，所述激光约束管设置在所述等离子激发罩的一侧，且激光约束管与等离子激发罩之间可拆卸连接，激光约束管内设置有激光约束腔。
23、优选地，所述激光束会聚组件包括：
24、平凹透镜，所述平凹透镜可拆卸安装在所述激光束会聚管内，平凹透镜用于对激光束进行扩束处理；
25、至少一组平凸透镜，所述平凸透镜可拆卸安装在所述激光束会聚管内，平凸透镜用于对扩束后的激光束进行会聚处理。
26、优选地，所述检测吹扫部包括：
27、吹扫气泵，所述吹扫气泵可拆卸安装在所述激光束会聚管的顶部，且吹扫气泵与连接线缆之间电性连接；
28、至少一组吹扫通孔，所述吹扫通孔开设在激光束会聚管内，且吹扫通孔与吹扫气泵之间导通，吹扫通孔用于对激光束会聚管进行清洁除尘。
29、优选地，所述角度调节部包括：
30、调节棘轮，所述调节棘轮转动安装在激光束会聚管的侧壁，且调节棘轮的一侧与激光约束管的侧壁固定连接；
31、固定安装在调节棘轮外壁上的调节旋钮；
32、至少一组调节棘齿，所述调节棘齿固定安装在所述调节棘轮的侧壁；
33、与调节棘齿啮合传动的限位棘齿，所述限位棘齿用于对所述调节棘齿进行锁定；
34、调节限位轴，所述调节限位轴固定安装在所述激光束会聚管上，调节限位轴的外壁与限位棘齿之间转动连接，以及
35、固定套设在所述调节限位轴外壁上的限位扭簧，所述限位扭簧的一端与所述限位棘齿之间固定连接。
36、优选地，所述设备主机包括：
37、手提箱；
38、固定安装在所述手提箱一侧的探头放置座，所述探头放置座内开设有探头放置槽，所述探头放置槽用于放置所述手持检测探头；
39、检测光谱仪，所述检测光谱仪与所述连接线缆电性连接，且检测光谱仪可拆卸安装在所述手提箱内，检测光谱仪用于对采集到的等离子体光信号进行光谱分析；
40、主机电源，所述主机电源嵌装在探头放置座内，主机电源与检测光谱仪以及连接线缆之间电性连接，以及
41、分析检测模块，所述分析检测模块与主机电源、检测光谱仪、采集光纤电性连接。
42、本发明还提供了探头式煤质快速检测方法，所述探头式煤质快速检测方法，具体包括：
43、开启主机电源，所述主机电源分别对检测光谱仪、采集光纤通电，手持探头手柄，转动调节旋钮，调节旋钮带动调节棘轮以及激光约束管转动，使得激光约束管、等离子激发罩与激光束会聚组件角度保持一致；
44、启动所述激光发射头，激光发射头发射煤质检测的脉冲激光，脉冲激光进入激光束会聚管内，平凹透镜用于对激光束进行扩束处理，然后扩束后的激光束被平凸透镜会聚处理；
45、激光束对煤炭样本进行照射激发，样本表面物质对激光的能量进行吸收，然后其初始激发电子到声频声子的能量转换，进而样本表面被加热形成大规模物质汽化，随后在样本表面形成高温高压等离子体，当冲击波快速传播到等离子激发罩的内表面时遇阻并反向传播，反射回的冲击波对向外膨胀的等离子体形成一种阻碍，约束了等离子体的快速膨胀，使高温等离子体温度衰减速率降低，并增加了等离子体中粒子间碰撞几率，使处于高能级状态的原子及离子数量增多，从而使等离子体光谱辐射相应得到增强；
46、采集光纤用于接收等离子激发罩内不同区域的光辐射信息，并将光辐射信息传输至连接线缆，检测光谱仪获取光辐射信息，对光辐射信息进行等离子体光谱定性定量分析，输出分析结果。
47、优选地，所述对光辐射信息进行等离子体光谱定性定量分析的方法，具体包括：
48、获取光辐射信息，对光辐射信息进行预处理，得到光辐射标准数据；
49、预构建光谱分析模型，加载历史样本数据，将历史样本数据分为训练集和验证集，并为训练集和验证集分配标签用于模型的深度学习，采用训练集对光谱分析模型进行迭代训练，并通过验证集验证训练完毕后光谱分析模型的精度；
50、获取光辐射标准数据，以光辐射标准数据为输入，执行光谱分析模型，输出分析结果；
51、其中，所述光谱分析模型初始模型为结合深度学习和注意力机制的vgg16模型，光谱分析模型包括：
52、输入层，所述输入层用于对训练集进行预处理，得到样本标准数据；
53、卷积模块，所述卷积模块用于对样本标准数据进行卷积处理，输出卷积向量；
54、解码器，所述解码器用于对卷积向量中隐藏向量进行自注意力加权，得到加权特征向量；
55、数据评价模块，所述数据评价模块用于对加权特征向量和卷积向量进行拼接后进行后续元素分类并生成元素的整体表示向量；
56、整体表示向量通过公式(1)计算：
57、
58、其中，z(x)为元素的整体表示向量，g为模型的耦合系数，λ为元素的权重系数，n为元素数量，q(x)为模型的激活函数，t(x)为卷积向量表示，y(x)为加权特征向量表示；
59、
60、其中，xi为输入的样本标准数据，σ为激活函数的激活系数，β为模型学习率超参数，ω是激活函数的梯度；
61、
62、其中，t(x)为卷积向量表示，y(x)为加权特征向量表示，xi为输入的样本标准数据。
63、与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
64、本发明实施例中设置有等离子激发采集部，等离子激发采集部的设置能够使高温等离子体温度衰减速率降低，并增加了等离子体中粒子间碰撞几率，进而使得处于高能级状态的原子及离子数量增多，从而起到增强光谱辐射强度进而提高libs进行微量元素检测的灵敏度。
65、本发明实施例中，等离子激发采集部由等离子激发罩、激光约束管组成，等离子激发罩为半球形结构，类半球的空间约束等离子体激发腔能够增强光谱辐射强度进而提高libs进行微量元素检测的灵敏度，且等离子激发罩的角度能够被角度调节部灵活的调节，用以调整激发约束腔的角度，从而使激光激发点位置与激光束会聚组件同轴。
66、本发明实施例中，提供了激光束会聚组件，激光束会聚组件采用对入射激光束进行先扩束再会聚的方式，这样可以减小会聚激光束的焦深，避免激光在烧蚀击穿固体样品的同时击穿空气，从而提高激光对样本烧蚀击穿的稳定性。
67、本发明实施例还提供了探头式煤质快速检测方法，探头式煤质快速检测方法通过预构建结合深度学习和注意力机制vgg16模型的光谱分析模型，光谱分析模型包括输入层、卷积模块、解码器和数据评价模块，光谱分析模型能够对光辐射信息进行分析处理，从而得到精准的分析结果。
1.探头式煤质快速检测设备，所述探头式煤质快速检测设备包括：
2.如权利要求1所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述激光发射部(24)包括：
3.如权利要求1所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述手持检测探头(2)还包括：
4.如权利要求3所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述等离子激发采集部(26)包括：
5.如权利要求4所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述激光束会聚组件(29)包括：
6.如权利要求5所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述检测吹扫部(27)包括：
7.如权利要求4所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述角度调节部(28)包括：
8.如权利要求6所述的探头式煤质快速检测设备，其特征在于：所述设备主机(1)包括：
9.探头式煤质快速检测方法，采用如权利要求1-8任一所述的探头式煤质快速检测设备实施，其特征在于：所述探头式煤质快速检测方法，具体包括：
10.如权利要求9所述的探头式煤质快速检测方法，其特征在于：所述对光辐射信息进行等离子体光谱定性定量分析的方法，具体包括：
