1]圖5防塵式高效光學(xué)激發(fā)收集裝置與傳統(tǒng)裝置收集光譜譜線信噪比SNR值的對比圖。
[0022]1-脈沖激光器；2_分束鏡；3_凹透鏡；4_凸透鏡；5_聚焦鏡；6_帶中孔凹面鏡；7-光纖聚焦頭；8_連續(xù)激光器；9_石英鏡片；10-光譜儀；11-功率計(jì)；12-工控機(jī)；13_光端機(jī)；14-高壓氣罐；15-射流裝置；16-水泥生料輸送管；17-待測氣粉柱；18-吹掃頭；19_過濾器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]一種水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置，包括脈沖激光器1、順次設(shè)在脈沖激光器I出射光路上的匯聚透鏡組以及帶中孔凹面鏡6 ;帶中孔凹面鏡6的凹面一側(cè)設(shè)有石英鏡片9、高壓氣罐14和射流裝置15 ;射流裝置15的進(jìn)料口與水泥生料輸送管16相連通，高壓氣罐14與射流裝置15的進(jìn)氣口相連通；帶中孔凹面鏡6旁還設(shè)有連續(xù)激光器8 ;帶中孔凹面鏡6的反射光路上設(shè)有光纖聚焦頭7，光纖聚焦頭7通過光纖連接有光譜儀10，光譜儀10連接有工控機(jī)12，工控機(jī)12的信號輸出端與脈沖激光器I的電壓控制端相連接；脈沖激光器I出射的脈沖激光穿過匯聚透鏡組、帶中孔凹面鏡6的中孔后穿過石英鏡片9并入射至由射流裝置15的氣料出口噴射出的待測氣粉柱17上，待測氣粉柱17在脈沖激光激發(fā)下發(fā)射的等離子體熒光被帶中孔凹面鏡6反射至光纖聚焦頭7中；所述連續(xù)激光器8出射的連續(xù)激光透過石英鏡片9并經(jīng)待測氣粉柱17散射后由帶中孔凹面鏡6反射至光纖聚焦頭7中；連續(xù)激光入射至待測氣粉柱17上的位置與脈沖激光入至待測氣粉柱17上的位置相同；連續(xù)激光的波長與等離子體熒光的譜線不重合。
[0024]脈沖激光器I與匯聚透鏡組之間設(shè)有分束鏡2 ;匯聚透鏡組位于分束鏡2的透射光路上，分束鏡2的反射光路上設(shè)有功率計(jì)11，功率計(jì)11的信號輸出端與工控機(jī)12的信號輸入端相連接；所述匯聚透鏡組包括順次位于分束鏡2透射光路上的凹透鏡3、凸透鏡4以及聚焦鏡5。
[0025]工控機(jī)12的信號輸出端連接有光端機(jī)13。
[0026]石英鏡片9的入射面與從帶中孔凹面鏡6的中孔出射的激光不垂直；石英鏡片9旁配設(shè)有吹掃頭18。
[0027]高壓氣罐14與射流裝置15的連接管路上還串接有過濾器19。
[0028]一種水泥生料品質(zhì)在線激光檢測方法，包括如下步驟:水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置工作時，高壓氣罐14內(nèi)的潔凈壓縮空氣驅(qū)動射流裝置15將水泥生料粉末從水泥生料輸送管16處吸出，與壓縮空氣混合后，再以氣粉混合物的形式噴出，形成連續(xù)的待測氣粉柱17 ;工控機(jī)12啟動脈沖激光器1，出射的脈沖激光經(jīng)過分束鏡2后被分為兩束，反射光由功率計(jì)11探測后，工控機(jī)12每隔數(shù)秒采集一次功率值，通過計(jì)算分析反饋穩(wěn)定脈沖激光器I的輸出功率；透射光經(jīng)凹透鏡3和凸透鏡4擴(kuò)束后，再經(jīng)過聚焦鏡5進(jìn)行匯聚，匯聚光經(jīng)過帶中孔凹面鏡6和石英鏡片9后，到達(dá)待測氣粉柱17表面，在其表面燒蝕形成等離子體；等離子體發(fā)出的熒光經(jīng)石英鏡片9后被帶中孔凹面鏡6反射匯聚至光纖聚焦頭7，再由光纖傳入光譜儀10中，光譜儀10將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入工控機(jī)12中；同時，連續(xù)激光器8發(fā)出的激光照射到待測氣粉柱17表面上的同一位置，其散射光經(jīng)帶中孔凹面鏡6匯聚由光纖聚焦頭7收集后進(jìn)入光譜儀10 ;工控機(jī)12對接收到的光譜信號進(jìn)行歸一化和數(shù)據(jù)篩選處理:所述散射光光強(qiáng)能夠用來對生料等離子體熒光光譜進(jìn)行歸一化，即用生料等離子體熒光光譜強(qiáng)度除以散射光光強(qiáng)，再將多次測量歸一化值數(shù)組中偏離較大的數(shù)據(jù)剔除，篩選后的剩余數(shù)值的均值作為定量分析的有效數(shù)據(jù)；利用支持向量機(jī)模型對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到水泥中元素含量及三率值，同時光端機(jī)13將檢測結(jié)果傳送至中控室以指導(dǎo)調(diào)整水泥原料配比。實(shí)際應(yīng)用中可以采用紫外連續(xù)激光，石英鏡片采用紫外石英鏡片。
[0029]圖2是本發(fā)明具體應(yīng)用時測得的散射光強(qiáng)度與Ca318.1 nm熒光譜線強(qiáng)度間的關(guān)系圖，根據(jù)此圖可以得到用于譜線歸一化的線性擬合公式y(tǒng)=4.03X-468.46。
[0030]由圖3可以看出，利用散射光強(qiáng)度對Ca 318.1 nm譜線強(qiáng)度進(jìn)行歸一化之后，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD值由0.38降至0.15，從而有效減小了氣粉混合濃度變化對測量結(jié)果的影響，大幅提高了測量精度。
[0031]圖4中可以看出，不進(jìn)行功率穩(wěn)定時，經(jīng)過長期的連續(xù)運(yùn)行，激光器的輸出功率由初始的60mW漂移至56mW，功率的穩(wěn)定性RSD值為±2.4% ;進(jìn)行功率穩(wěn)定后，激光器的輸出功率始終維持在設(shè)定值60mW附近，功率的穩(wěn)定性RSD值也降至土 1.1%?？梢姡炯す夤β史答伔€(wěn)定技術(shù)能夠保證脈沖激光器輸出功率的長期穩(wěn)定性。
[0032]圖5防塵式高效光學(xué)激發(fā)收集裝置與傳統(tǒng)裝置收集光譜譜線信噪比SNR值的對比圖。圖中“with BE”代表采用本發(fā)明所述裝置；可以看出，本防塵式高效光學(xué)激發(fā)收集裝置能夠有效改善譜線的信噪比，從而提高測量精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置，其特征在于，包括脈沖激光器(I )、順次設(shè)在脈沖激光器(I)出射光路上的匯聚透鏡組以及帶中孔凹面鏡(6);帶中孔凹面鏡(6)的凹面一側(cè)設(shè)有石英鏡片(9)、高壓氣罐(14)和射流裝置(15);射流裝置(15)的進(jìn)料口與水泥生料輸送管(16)相連通，高壓氣罐(14)與射流裝置(15)的進(jìn)氣口相連通；帶中孔凹面鏡(6)旁還設(shè)有連續(xù)激光器(8);帶中孔凹面鏡(6)的反射光路上設(shè)有光纖聚焦頭(7)，光纖聚焦頭(7 )通過光纖連接有光譜儀(10 )，光譜儀(10 )連接有工控機(jī)(12 )，工控機(jī)(12 )的信號輸出端與脈沖激光器(I)的電壓控制端相連接；脈沖激光器(I)出射的脈沖激光穿過匯聚透鏡組、帶中孔凹面鏡(6)的中孔后穿過石英鏡片(9)并入射至由射流裝置(15)的氣料出口噴射出的待測氣粉柱(17)上，待測氣粉柱(17)在脈沖激光激發(fā)下發(fā)射的等離子體熒光被帶中孔凹面鏡(6)反射至光纖聚焦頭(7)中；所述連續(xù)激光器(8)出射的連續(xù)激光透過石英鏡片(9)并經(jīng)待測氣粉柱(17)散射后由帶中孔凹面鏡(6)反射至光纖聚焦頭(7)中；連續(xù)激光入射至待測氣粉柱(17)上的位置與脈沖激光入至待測氣粉柱(17)上的位置相同；連續(xù)激光的波長與等離子體熒光的譜線不重合。2.如權(quán)利要求1所述的水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置，其特征在于，脈沖激光器(I)與匯聚透鏡組之間設(shè)有分束鏡(2);匯聚透鏡組位于分束鏡(2)的透射光路上，分束鏡(2)的反射光路上設(shè)有功率計(jì)(11)，功率計(jì)(11)的信號輸出端與工控機(jī)(12)的信號輸入端相連接；所述匯聚透鏡組包括順次位于分束鏡(2)透射光路上的凹透鏡(3)、凸透鏡(4)以及聚焦鏡(5)。3.如權(quán)利要求2所述的水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置，其特征在于，工控機(jī)(12)的信號輸出端連接有光端機(jī)(13)。4.如權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置，其特征在于，石英鏡片(9)的入射面與從帶中孔凹面鏡(6)的中孔出射的脈沖激光不垂直；石英鏡片(9)旁配設(shè)有吹掃頭(18)。5.如權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置，其特征在于，高壓氣罐(14)與射流裝置(15)的連接管路上還串接有過濾器(19)。6.一種水泥生料品質(zhì)在線激光檢測方法，采用如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，包括如下步驟:水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置工作時，高壓氣罐(14)內(nèi)的潔凈壓縮空氣驅(qū)動射流裝置(15)將水泥生料粉末從水泥生料輸送管(16)處吸出，與壓縮空氣混合后，再以氣粉混合物的形式噴出，形成連續(xù)的待測氣粉柱(17);工控機(jī)(12)啟動脈沖激光器(I )，出射的脈沖激光經(jīng)過分束鏡(2)后被分為兩束，反射光由功率計(jì)(11)探測后，工控機(jī)(12)每隔數(shù)秒采集一次功率值，通過計(jì)算分析反饋穩(wěn)定脈沖激光器(I)的輸出功率；透射光經(jīng)凹透鏡(3)和凸透鏡(4)擴(kuò)束后，再經(jīng)過聚焦鏡(5)進(jìn)行匯聚，匯聚光經(jīng)過帶中孔凹面鏡(6)和石英鏡片(9)后，到達(dá)待測氣粉柱(17)表面，在其表面燒蝕形成等離子體；等離子體發(fā)出的熒光經(jīng)石英鏡片(9)后被帶中孔凹面鏡(6)反射匯聚至光纖聚焦頭(7)，再由光纖傳入光譜儀(10)中，光譜儀(10)將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入工控機(jī)(12)中；同時，連續(xù)激光器(8)發(fā)出的激光照射到待測氣粉柱(17)表面上的同一位置，其散射光經(jīng)帶中孔凹面鏡(6)匯聚由光纖聚焦頭(7)收集后進(jìn)入光譜儀(10);工控機(jī)(12)對接收到的光譜信號進(jìn)行歸一化和數(shù)據(jù)篩選處理:所述散射光光強(qiáng)能夠用來對生料等離子體熒光光譜進(jìn)行歸一化，即用生料等離子體熒光光譜強(qiáng)度除以散射光光強(qiáng)，再將多次測量歸一化值數(shù)組中偏離較大的數(shù)據(jù)剔除，篩選后的剩余數(shù)值的均值作為定量分析的有效數(shù)據(jù)；利用支持向量機(jī)模型對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到水泥中元素含量及三率值，同時光端機(jī)(13)將檢測結(jié)果傳送至中控室以指導(dǎo)調(diào)整水泥原料配比。
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)自動化測量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水泥生料品質(zhì)在線激光檢測裝置及方法。解決了目前工業(yè)上對水泥生料元素的定量分析存在分析結(jié)果不準(zhǔn)確且不能實(shí)時檢測的技術(shù)問題。本發(fā)明可實(shí)時、快速、準(zhǔn)確地對工業(yè)現(xiàn)場輸送管中水泥生料化合物成分及率值進(jìn)行在線檢測，連續(xù)激光器與脈沖激光器的配合使用避免了待測水泥氣粉柱由于流量變化造成的影響，極大的提高了檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度；激光功率反饋穩(wěn)定裝置則有效保證了脈沖激光器出射激光的功率穩(wěn)定。整個裝置設(shè)計(jì)精妙，檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠有效保證水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。
【IPC分類】G01N21/64
【公開號】CN104931474
【申請?zhí)枴緾N201510386605
【發(fā)明人】張向杰, 梁飛, 胡川, 王媛, 王哲, 弓瑤, 李郁芳, 張雷
【申請人】太原紫晶科技有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月6日