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激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是一种新型光谱分析技术。利用激光诱导击穿光谱的方法对未知样品进行元素分析,具有可多元素同时分析,速度快,无辐射等优势,在电力、地矿、环保、冶金、考古等领域有广阔的应用前景。本文首先概述了LIBS技术的基本原理、理论以及应用现状。然后针对目前该技术进行元素分析时,定性分析需采用人工方式寻峰,再确定谱线归属；而在定量分析过程中,由于脉冲激光能量起伏会导致测量的长期稳定性差的缺点,从原理上和技术上解决了上述关键问题,开发煤质分析设备,可实现对煤样灰分、发热量等工业分析指标的测量,推动了该技术的实用化。本文主要研究内容概括如下：1.介绍了激光诱导击穿光谱的电子密度、等离子体温度等参数的计算方法,局部热平衡态的判定。用LabVIEW编写了等离子参数计算程序,根据高斯公式的面积与峰值关系建立了谱峰半高宽的算法,基于Boltzmann-Maxwell分布和Saha-Eggert公式计算电子密度、温度。2.利用二次微商法和阈值判定法对LIBS光谱数据进行降噪、寻峰,并通过参考NIST原子光谱数据库,确定谱线归属。基于LabVIEW编写了分析程序,确定了多种常见元素的特征波长,可以自动识别元素谱线,建立了定性分析算法。在此基础上设计了便携式元素分析设备,可通过手持式测量,实现对样品所含元素种类的定性分析,快速确定未知样品中所含元素种类。3.建立闭环负反馈式激光能量锁定装置,通过将激光输出能量与预设值进行比较并负反馈至激光电源,利用PID控制根据能量偏差值得到相应的控制量,自动调整氙灯供电电压将脉冲激光能量锁定在预设值附近。通过优化PID参数,使激光能量起伏稳定在士3.2%以内,实现长期稳定测量,提高了LIBS技术在元素分析领域的可靠性和实用性。4.利用二阶多元非线性回归建立了煤炭工业分析指标的定标模型,构建了新的数据分析方法,通过归一化提高谱线相对强度计算精度,由LIBS分析得到的各元素谱线的相对强度拟合得到煤样的灰分值和发热量,测量的相对误差分别为4.61%和7.32%。5.基于上述研究,研制了适用于化验室分析的光电一体化的全自动激光煤质分析设备,可在30-60s内完成对煤样进行分析,得到其硫分、灰分、发热量。该设备操作简单,激光输出功率稳定,测量速度快,能实现长期稳定测量。