專利名稱：Libs粉狀物料皮帶式檢測裝置的制作方法
LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置

技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜測量分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指ー種粉狀物料在線檢測的皮帶式LIBS測量裝置。背景技木
激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一項基于等離子體原子發(fā)射光譜的物質(zhì)成分分析技木。脈沖激光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后，形成高功率密度的激光束作用下分析樣品表面，樣品迅速被消融、氣化、高度電離形成等離子體光源，通過光探測器接收等離子體在冷卻過程中的發(fā)射譜線，其某些特定波長對應(yīng)的強度信號包含了分析對象中所有的元素種類和濃度信息，通過對這些光譜信息進行數(shù)據(jù)處理，可得到各檢測量的定量分析模型，從而實現(xiàn)相關(guān)組分的定性區(qū)分和定量檢測。LIBS技術(shù)憑借其分析速度快、多元素同步分析、可實現(xiàn)非接觸式遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點，近年來得到了快速發(fā)展，被越來越多的嘗試應(yīng)用于燃煤、化肥、水泥、食品等過程エ業(yè)中粉狀物料特性的在線監(jiān)測和質(zhì)量控制中。但由于粉狀物料空隙率較大，結(jié)構(gòu)較疏松，自然堆積時常分布不均。利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析固體粉狀物料時，聚焦透鏡到樣品表面的距離、樣品表面特性(平整性、致密度)等檢測狀態(tài)參數(shù)，都會影響到激光作用時的樣品燒蝕量，對定量分析檢測的精度和重復(fù)性存在很大影響。為改善其測量樣品表面特性，保證聚焦透鏡到樣品表面的距離恒定，傳統(tǒng)技術(shù)通常將測量所用固體粉狀物料預(yù)先壓制成片狀。這樣的樣品預(yù)先處理雖然對LIBS粉狀物料檢測有所改進，但存在著程序繁瑣、耗時較長等缺點，難以保證結(jié)果的實時性，無法完全滿足エ業(yè)化在線分析需求。因此，提供一種可以保持聚焦透鏡到樣品表面的距離恒定，且操作程序簡單、效率高、保證檢測實時性，可滿足エ業(yè)化在線分析需求的LIBS粉狀物料檢測裝置實為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用以克服傳統(tǒng)LIBS粉狀物料檢測模式的缺點，可以保持聚焦透鏡到樣品表面的距離恒定，且操作程序簡單、效率高、保證檢測實時性的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，提供以下技術(shù)方案
本發(fā)明提供ー種LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其包括激光源、聚焦透鏡以及接收光譜信號的光學(xué)探測器，包括用于傳送粉狀物料的皮帶式傳動裝置、擋板，該皮帶式傳動裝置包括傳送皮帶及驅(qū)動傳送皮帶運動的電機，該擋板位于傳送皮帶上方，在該傳送皮帶上方、擋板的ー側(cè)設(shè)置該光學(xué)探測裝置、激光源以及聚焦透鏡。被檢測的粉狀物料落到傳送皮帶上，由傳送皮帶傳送，經(jīng)過擋板與傳送皮帶之間，形成平整均勻的物料層，激光源的脈沖激光通過聚焦透鏡后形成高能量高密度的光斑，作用于平整后的粉狀物料層表面，使其消融激發(fā)形成等離子體，光學(xué)探測器收集等離子體冷卻過程中發(fā)射出來的光譜信號，進行數(shù)據(jù)處理就可以得出粉狀物料的元素成分和エ業(yè)分析等各個指標(biāo)，并可將分析結(jié)果輸出到相關(guān)的在線控制系統(tǒng)。本發(fā)明使用皮帶式傳送，并利用擋板獲得厚薄均勻的粉狀物料層，解決了粉狀物料表面分布不均，聚焦透鏡到樣品表面距離難以控制的技術(shù)難題，實現(xiàn)了粉狀物料的連續(xù)備樣、LIBS光譜穩(wěn)定測量、粉狀物料成分在線獲取的技術(shù)效果。一些實施例中，本發(fā)明LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置還包括有固定在傳送皮帶上方的L形光學(xué)固定支架，該光學(xué)探測器和聚焦透鏡固定在L形光學(xué)固定支架上，該L形光學(xué)固定支架與擋板之間形成相對獨立的檢測段空間。該L形光學(xué)固定支架保證聚焦透鏡至粉狀物料層的距離恒定，使激光聚焦焦點確定，有利于LIBS光譜穩(wěn)定測量，并且可進行不同焦深(聚焦透鏡焦點與粉狀物料層表面的相對位置)的LIBS測量優(yōu)化。一些實施例中，該光學(xué)探測器包括固定在L形光學(xué)固定支架上的光學(xué)探頭和連接的光纖，該光纖另一端連接光譜儀及光電轉(zhuǎn)換器，光學(xué)探頭收集的光譜信號經(jīng)光纖傳入光譜儀分光及傳入光電轉(zhuǎn)換器進行光電轉(zhuǎn)換后，傳送到計算機進行數(shù)據(jù)處理，可以得出粉狀物料的元素成分和エ業(yè)分析等各個指標(biāo)，并可將分析結(jié)果輸出到相關(guān)的在線控制系統(tǒng)。一些實施例中，該聚焦透鏡為石英平凸聚焦透鏡。一些實施例中，該L形光學(xué)固定支架上在聚焦透鏡前方還設(shè)有氣體吹掃管路，形成局部微正壓環(huán)境，使整個測量過程粉塵污染極少。一些實施例中，其進ー步包括控制器，該控制器連接所述皮帶式傳動裝置的電機，可控制電機轉(zhuǎn)速，從而控制皮帶傳送粉狀物料的速度和傳送量。一些實施例中，該傳送皮帶下方設(shè)有重量傳感器，該重量傳感器與該控制器連接，重量傳感器檢測到的信息發(fā)送到控制器，根據(jù)該重量信息調(diào)控電機轉(zhuǎn)速，控制給粉量。一些實施例中，該LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置進ー步包括給粉倉，該給粉倉設(shè)置在該傳送皮帶上方、擋板的另ー側(cè)，該給粉倉出口設(shè)有電動截止閥，方便控制給粉量。一些實施例中，該傳送皮帶的尾端設(shè)有粉刷，粉狀物料經(jīng)過檢測區(qū)間后在傳送皮帶的尾端部分由粉刷掃落，進行回收或循環(huán)處理。一些實施例中，該LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置進ー步包括測量室殼體，所述皮帶式傳動裝置設(shè)置在測量室殼體內(nèi)，所述擋板設(shè)置在測量室殼體上井伸入殼體內(nèi)，測量室殼體為檢測提供一個相對封閉的空間，減少粉塵污染、提聞檢測精確度，并為檢測的擋板、聚光透鏡、光學(xué)探測器等提供固定的條件，保證檢測穩(wěn)定性。一些實施例中，該測量室殼體位于傳送皮帶的尾端下方設(shè)有錐形集粉段，錐形集粉段設(shè)有出粉ロ，測量完的粉狀物料落入測量室殼體的錐形集粉段，進行回收或循環(huán)處理。
一些實施例中，該擋板通過固定板安裝于測量室殼體上，該擋板與傳送皮帶之間的距離可調(diào)，固定板上設(shè)有調(diào)節(jié)擋板的上下定位距離的微距螺桿，可設(shè)定好擋板與傳送皮帶之間的間隙高度，從而調(diào)整經(jīng)過擋板后的粉狀物料層的厚度。本發(fā)明給出了一種新的利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)進行粉狀物料在線分析的皮帶傳動檢測模式，該檢測模式下，將從給粉倉下落的粉狀物料利用擋板刮平形成平整均勻的粉狀物料薄層，脈沖激光不斷作用于運動的粉狀物料層表面，以實現(xiàn)粉狀物料成分特性指標(biāo)的連續(xù)分析。粉狀物料經(jīng)擋板刮平后，有利于產(chǎn)生穩(wěn)定的激光等離子體信號，提高定量分析的可靠性。采用本發(fā)明提出的檢測裝置，可解決LIBS技術(shù)對粉狀物料測量時壓片處理過程復(fù)雜耗時長的問題，其裝置結(jié)構(gòu)較簡單，對粉狀物料種類及給粉量變化適應(yīng)性強，測量實時方便，有利于在線設(shè)備的連續(xù)可靠運行。對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1)利用皮帶傳送和擋板獲得平整均勻的粉狀物料層，其裝置結(jié)構(gòu)解決了粉狀物料表面分布均勻性問題和物料表面至透鏡的距離不穩(wěn)定問題，有利于激光連續(xù)激發(fā)，產(chǎn)生的激光誘導(dǎo)等離子體光譜信號強度的RSD值完全滿足エ業(yè)需求。2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作連續(xù)穩(wěn)定，從采樣到測量延遲時間極小，滿足在線實時分析的需求。3)采用控制器編程控制調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，適應(yīng)于不同給粉量，且產(chǎn)生粉塵污染少。4)適用于多種不同類型的粉狀物料LIBS檢測。


圖I為本發(fā)明LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明中擋板固定結(jié)構(gòu)的分解示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1，本發(fā)明是ー種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對煤質(zhì)特性在線連續(xù)獲取的皮帶式輸送測量裝置，本發(fā)明LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置包括測量室殼體5，該測量室殼體5內(nèi)設(shè)有用于傳送粉狀物料的皮帶式傳動裝置，該皮帶式傳動裝置包括傳送皮帶4及驅(qū)動傳送皮帶運動的電機6,傳送皮帶通過兩個滾輪循環(huán)運動。傳送皮帶4的前段上方設(shè)有給粉倉1，給粉倉I中的粉狀物料落在傳送皮帶4上，通過傳送皮帶4傳送。在傳送皮帶4的中段在測量室殼體5頂部固定有擋板9，該擋板9位于傳送皮帶4上方。在傳送皮帶4的后段上方固定有L形光學(xué)組合件，該L形光學(xué)組合件包括有石英平凸聚焦透鏡11、L形光學(xué)固定支架12、光纖13及光學(xué)探頭14等，L形光學(xué)固定支架12倒掛固定在測量室殼體5上，與擋板9之間形成相對獨立的檢測空間。聚焦透鏡11固定在上方，而光學(xué)探頭14則固定在ー側(cè)，光學(xué)探頭14連接光纖13，作為接收光譜信號的光學(xué)探測器。激光源的激光經(jīng)聚焦透鏡11匯聚后聚焦到傳送皮帶上的物料表面。在聚焦透鏡前方設(shè)置氣體吹掃管路10，形成局部微正壓環(huán)境，使整個測量過程粉塵污染極少。該給粉倉I出口設(shè)有電動截止閥2,方便控制給粉量。在傳送皮帶4前段下方設(shè)有重量傳感器7，可實時檢測傳送皮帶4上粉狀物料的量。該裝置還包括控制器3，該控制器3連接電機6、電動截止閥2、重量傳感器7，控制器3用于從重量傳感器7獲取傳送皮帶4上粉狀物料的重量信息，控制電機6的轉(zhuǎn)速和給粉量。該測量室殼體5位于傳送皮帶4的尾端下方設(shè)有錐形集粉段18，錐形集粉段設(shè)有出粉ロ。在傳送皮帶4尾端設(shè)有粉刷15。待測的粉狀物料預(yù)先儲存在給粉倉I內(nèi)，經(jīng)電動截止閥2后下落在傳送皮帶4上，傳送皮帶4下方的重量傳感器7獲取粉狀物料的重量信息傳送到控制器3，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序和收到的信息實時控制電機6轉(zhuǎn)速，確保在下料量改變的情況下，粉狀物料的厚度仍不變。傳送皮帶4由電機6驅(qū)動，帶動粉狀物料8運動，經(jīng)過開度已調(diào)節(jié)好的擋板9與傳送皮帶4之間的狹縫后，形成平整均勻的物料層，并傳送到擋板9與L形光學(xué)固定支架12之間的檢測區(qū)，L形光學(xué)組合件所連接的LIBS檢測系統(tǒng)對粉狀物料進行在線成分檢測。脈沖激光束通過聚焦透鏡11后形成高能量密度的光斑，作用于粉狀物料層表面，使其消融激發(fā)形成等離子體，光學(xué)探頭14收集等離子體冷卻過程中發(fā)射出來的光譜信號，經(jīng)過光纖13傳入光譜儀分光及光電轉(zhuǎn)換，最后利用計算機進行數(shù)據(jù)處理就可以得出粉狀物料的元素成分和エ業(yè)分析等各個指標(biāo)，并可將分析結(jié)果輸出到相關(guān)的在線控制系統(tǒng)，測量完的粉狀物料經(jīng)粉刷15作用，落入測量室殼體5的錐形集粉段18，進行回收或循環(huán)處理。請參閱圖2，是擋板9的結(jié)構(gòu)示意圖，擋板9通過固定板16安裝于測量室殼體5上，微距螺桿17可使擋板9上下方向調(diào)節(jié)，可預(yù)先手動設(shè)定好傳送皮帶4與擋板9之間的間隙高度。擋板9和微距螺桿17上設(shè)有顯示粉狀物料層厚度的刻度尺，當(dāng)測量室殼體5端面指向Ocm時表示擋板下端剛好接觸傳送皮帶表面,粉狀物料此時不能通過擋板。聚焦透鏡11和光學(xué)探頭14通過L形光學(xué)固定支架12固定于測量室殼體5上。進行LIBS測量時，可預(yù)先調(diào)節(jié)L形光學(xué)固定支架12使聚焦透鏡11的焦點與擋板9下沿處在同一水平面，這樣激光器發(fā)出的脈沖激光過聚焦透鏡11聚焦后，正好作用于被擋板9刮平的粉狀物料層表面。高能量密度的激光束使粉狀物料瞬間被激發(fā)，產(chǎn)生等離子體光譜信號。光學(xué)探頭14收集這些信號，并通過光纖13傳輸至光譜儀和計算機進行分光和光電轉(zhuǎn)換以及后期的數(shù)據(jù)分析。傳送皮帶4上被測量過的粉狀物料經(jīng)粉刷15作用，下落匯集于測量室殼體5錐形集粉段部分，用于回收或循環(huán)處理。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案上的等效變換均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其包括激光源、聚焦透鏡以及接收光譜信號的光學(xué)探測器，其特征在于，其進ー步包括用于傳送粉狀物料的皮帶式傳動裝置、擋板，該皮帶式傳動裝置包括傳送皮帶及驅(qū)動傳送皮帶運動的電機，該擋板位于傳送皮帶上方，在該傳送皮帶上方、擋板的ー側(cè)設(shè)置該光學(xué)探測裝置、激光源以及聚焦透鏡。
2.如權(quán)利要求I所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，其進ー步包括固定在傳送皮帶上方的L形光學(xué)固定支架，該光學(xué)探測器和聚焦透鏡固定在L形光學(xué)固定支架上，該L形光學(xué)固定支架與擋板之間形成相對獨立的檢測段空間。
3.如權(quán)利要求2所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，該L形光學(xué)固定支架上還設(shè)有氣體吹掃管。
4.如權(quán)利要求I所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，其進ー步包括控制器，該控制器連接所述皮帶式傳動裝置的電機。
5.如權(quán)利要求4所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，該傳送皮帶下方設(shè)有重量傳感器，該重量傳感器與該控制器連接。
6.如權(quán)利要求I所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，其進ー步包括給粉倉，該給粉倉設(shè)置在該傳送皮帶上方、擋板的另ー側(cè)，該給粉倉出口設(shè)有電動截止閥。
7.如權(quán)利要求I所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，該傳送皮帶的尾端設(shè)有粉刷。
8.如權(quán)利要求f7任一項所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，其進一步包括測量室殼體，所述皮帶式傳動裝置設(shè)置在測量室殼體內(nèi)，所述擋板設(shè)置在測量室殼體上并伸入殼體內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，該測量室殼體位于傳送皮帶的尾端下方設(shè)有錐形集粉段，錐形集粉段設(shè)有出粉ロ。
10.如權(quán)利要求8所述的LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其特征在于，該擋板通過固定板安裝于測量室殼體上，該擋板與傳送皮帶之間的距離可調(diào)，固定板上設(shè)有調(diào)節(jié)擋板的上下定位距離的微距螺桿。
全文摘要
本發(fā)明提供一種LIBS粉狀物料皮帶式檢測裝置，其包括激光源、聚焦透鏡以及接收光譜信號的光學(xué)探測器，包括用于傳送粉狀物料的皮帶式傳動裝置、擋板，該皮帶式傳動裝置包括傳送皮帶及驅(qū)動傳送皮帶運動的電機，該擋板位于傳送皮帶上方，在該傳送皮帶上方、擋板的一側(cè)設(shè)置該光學(xué)探測裝置、激光源以及聚焦透鏡。本發(fā)明使用皮帶式傳送，并利用擋板獲得厚薄均勻的粉狀物料層，解決了粉狀物料表面分布不均，聚焦透鏡到樣品表面距離難以控制的技術(shù)難題，實現(xiàn)了粉狀物料的連續(xù)備樣、LIBS光譜穩(wěn)定測量、粉狀物料成分在線獲取的技術(shù)效果。
文檔編號G01N21/63GK102661935SQ20121014948
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者姚順春, 張博, 張曦, 李俊彥, 潘鳳萍, 羅嘉, 陸繼東, 陳世和 申請人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院