发展火力发电厂中的配煤、燃烧等主要环节的优化控制技术，对于降低燃煤煤耗、实现节能减排非常重要，具有巨大的经济效益和社会效益。发热量作为表征煤的综合指标，通常取决于煤中有机元素含量和灰分，实时在线检测该数据对于火力发电中配煤掺烧的最优控制具有重要意义。

针对上述问题，对照LIBS与XRF，前者虽然可以对煤中的C、H等元素进行分析，但其测量重复性不理想；后者虽然仅能测成灰元素，但具有极高的重复性。如果将这两者有机结合，形成一套XRF辅助LIBS的煤炭发热量检测技术，则不仅可以测出有机元素，而且可以高稳定的检测无机元素，从而使得煤炭发热量的测量稳定性达到国标要求。实验中共收集了49个标准煤样，其发热量范围覆盖2.28-32.50 MJ/kg。每个煤样用电动压片机（DY-30）在20吨的压力下保持3分钟，制成半径33 mm、厚6 mm的圆形压片。将这49个煤样压片分为校准集（33个煤样，记为C1-C33）和验证集（16个煤样，记为V1-V16）。

在LIBS模块中，主要由激光器、激光扩束镜、样品台、步进电机、光谱仪和计算机组成。激光器为调Q式Nd：YAG激光器（Quanta-Ray，Spectra-Physics），输出波长1064 nm、脉宽8 ns，单脉冲能量38 mJ的激光；激光束经3倍扩束后，再经过焦距为150 mm的平凸透镜聚焦于煤样压片表面产生等离子体，煤样的等离子体光谱由光纤收集后耦合进三通道光谱仪进行探测。光谱分辨率为0.15 nm，积分时间设置为最小的积分时间1 ms。在XRF模块中，使用XRF分析仪（DF-1000）采集各煤样的XRF谱。这里，设置X射线管的电压和电流分别为12 kV与200 μA，设置X射线探测器的放大倍数和时间常数分别为7和2，样品测量室的真空度为50 Pa，单个煤样的测量时间为100 s。

图3中两个图为煤样的LIBS与XRF光谱图，通过比较相同元素谱线的RSD值对其进行谱线选取，将选取好的谱线对发热量进行建模计算。这里用到的建模方法为多元线性回归法。

图3 (a) LIBS 光谱 (b) XRF 光谱

图4为对发热量的定标分析结果，其中，横坐标为煤样发热量标准值，纵坐标为预测值。图中R2、RMSEP与ARE均表示定标结果的准确性，可以看到，XRF辅助LIBS法比单一LIBS法测量更加精确。我们更加关注的是该方法对发热量测量稳定性，因此图中还给出了预测集的测量抖动，为更加清楚的与单一LIBS进行比对，我们做了如图三的柱状图。 

图4 定标分析结果 (a) XRF 辅助 LIBS and (b) 单一LIBS