[发明专利]一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针及在线检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针，其包括探针本体，所述探针本体呈倒锥形，其顶端和底端分别具有开口，探针本体的侧壁分别对应设有进气管和出气管，所述进气管和出气管上分别设有气阀；其特征在于：所述探针本体底端开口外周向探针本体轴心方向收缩成半球型，并在轴心处形成小孔。

2.根据权利要求1所述的一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针，其特征在于：所述小孔的直径范围为1mm-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针，其特征在于：所述小孔的直径为2mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针，其特征在于：所述探针本体、进气管和出气管均为双层结构，其包括内层和外层，所述内层由陶瓷材料成型，所述外层由耐高温隔热碳碳基陶瓷材料成型。

5.一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置，采用权利要求1或4所述的一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针，其特征在于：其还包括后端控制台和传感单元，所述后端控制台电性连接传感单元；所述传感单元包括箱体以及设在箱体内的光学系统，所述箱体底部与探针本体顶端连接，所述箱体底部设有与探针本体顶端开口对应的开口，所述箱体底部的开口与探针本体顶端的开口连接处设有光学窗口。

6.根据权利要求5所述的一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置，其特征在于：所述箱体为双层结构，其包括内层和外层，所述内层由陶瓷材料成型，所述外层由耐高温隔热碳基陶瓷材料成型。

7.根据权利要求5所述的一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置，其特征在于：所述光学系统包括激光发生器、扩束聚焦模块、远程信号收集模块、光纤耦合模块和光纤光谱仪，所述光纤光谱仪通过电性连接后端控制平台，所述激光发生器发出激光光束，经扩束聚焦模块聚焦后达探针本体底端的小孔，烧蚀待测熔融液态金属产生等离子体，等离子体在激光诱导下冷却膨胀发射信号光，等离子体的信号光传送到远程信号收集模块，再由光纤耦合模块耦合后再导入光纤光谱仪中。

8.根据权利要求7所述的一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置，其特征在于：所述光学系统还包括第一反射镜和第二反射镜，所述激光发生模块发出激光光束的轴线方向同轴设置远程扩束聚焦模块；所述第一反射镜设置在远程扩束聚焦模块出射方向的光轴上，与其光轴成 45度角，所述第二反射镜设置在远程信号收集模块入射方向的光轴上，与其光轴成45度角，第一反射镜与第二反射镜的中心连线与远程扩束聚焦模块、远程信号收集模块的轴线垂直；所述远程信号收集模块出射方向的光轴上设置光纤耦合模块，光纤耦合模块通过光纤连接光纤光谱仪，光纤光谱仪通过电性连接后端控制平台。

9.根据权利要求8所述的一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置，其特征在于：所述光学系统还包括实时成像模块和分光片，所述分光片设在远程信号收集模块和光纤耦合模块之间，且处于远程信号收集模块出射方向的光轴上，所述实时成像模块垂直设置于分光片反射方向的光轴上，且电性连接后端控制平台。

10.一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置的检测方法，应用在权利要求7所述的一种基于LIBS技术的熔体在线检测装置中，其特征在于：其包括以下步骤：

熔体浸入式探针以任意角度伸入冶金炉内，其底端穿过冶金炉内熔融液态金属表面炉渣层浸入待测熔融液态金属中，进气管充入惰性气体，探针本体中的空气从出气管流出，从而在探针本体内形成密闭惰性气体环境；

后端控制平台控制激光发生模块发出激光光束，通过远程扩束聚焦模块聚焦经光学窗口后到达探针本体底端的小孔，烧蚀待测熔融液态金属产生等离子体，等离子体在激光诱导下冷却膨胀发射信号光，等离子体的信号光通过探针本体内的惰性气体环境传送到远程信号收集模块，再传递给光纤耦合模块耦合后再导入光纤光谱仪中进行光信号采集与光电转换，并反馈给后端控制平台，完成等离子体信号光的采集。