[发明专利]LIBS粉状物料皮带式检测装置

说明书

 

【技术领域】

本发明涉及光谱测量分析技术领域，尤其是指一种粉状物料在线检测的皮带式LIBS测量装置。

 

【背景技术】

激光诱导击穿光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一项基于等离子体原子发射光谱的物质成分分析技术。脉冲激光经聚焦透镜聚焦后，形成高功率密度的激光束作用下分析样品表面，样品迅速被消融、气化、高度电离形成等离子体光源，通过光探测器接收等离子体在冷却过程中的发射谱线，其某些特定波长对应的强度信号包含了分析对象中所有的元素种类和浓度信息，通过对这些光谱信息进行数据处理，可得到各检测量的定量分析模型，从而实现相关组分的定性区分和定量检测。LIBS技术凭借其分析速度快、多元素同步分析、可实现非接触式远距离测量等优点，近年来得到了快速发展，被越来越多的尝试应用于燃煤、化肥、水泥、食品等过程工业中粉状物料特性的在线监测和质量控制中。

但由于粉状物料空隙率较大，结构较疏松，自然堆积时常分布不均。利用激光诱导击穿光谱分析固体粉状物料时，聚焦透镜到样品表面的距离、样品表面特性（平整性、致密度）等检测状态参数，都会影响到激光作用时的样品烧蚀量，对定量分析检测的精度和重复性存在很大影响。为改善其测量样品表面特性，保证聚焦透镜到样品表面的距离恒定，传统技术通常将测量所用固体粉状物料预先压制成片状。这样的样品预先处理虽然对LIBS粉状物料检测有所改进，但存在着程序繁琐、耗时较长等缺点，难以保证结果的实时性，无法完全满足工业化在线分析需求。

因此，提供一种可以保持聚焦透镜到样品表面的距离恒定，且操作程序简单、效率高、保证检测实时性，可满足工业化在线分析需求的LIBS粉状物料检测装置实为必要。

 

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种用以克服传统LIBS粉状物料检测模式的缺点，可以保持聚焦透镜到样品表面的距离恒定，且操作程序简单、效率高、保证检测实时性的LIBS粉状物料皮带式检测装置。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明提供一种LIBS粉状物料皮带式检测装置，其包括激光源、聚焦透镜以及接收光谱信号的光学探测器，包括用于传送粉状物料的皮带式传动装置、挡板，该皮带式传动装置包括传送皮带及驱动传送皮带运动的电机，该挡板位于传送皮带上方，在该传送皮带上方、挡板的一侧设置该光学探测装置、激光源以及聚焦透镜。被检测的粉状物料落到传送皮带上，由传送皮带传送，经过挡板与传送皮带之间，形成平整均匀的物料层，激光源的脉冲激光通过聚焦透镜后形成高能量高密度的光斑，作用于平整后的粉状物料层表面，使其消融激发形成等离子体，光学探测器收集等离子体冷却过程中发射出来的光谱信号，进行数据处理就可以得出粉状物料的元素成分和工业分析等各个指标，并可将分析结果输出到相关的在线控制系统。

本发明使用皮带式传送，并利用挡板获得厚薄均匀的粉状物料层，解决了粉状物料表面分布不均，聚焦透镜到样品表面距离难以控制的技术难题，实现了粉状物料的连续备样、LIBS光谱稳定测量、粉状物料成分在线获取的技术效果。

一些实施例中，本发明LIBS粉状物料皮带式检测装置还包括有固定在传送皮带上方的L形光学固定支架，该光学探测器和聚焦透镜固定在L形光学固定支架上，该L形光学固定支架与挡板之间形成相对独立的检测段空间。该L形光学固定支架保证聚焦透镜至粉状物料层的距离恒定，使激光聚焦焦点确定，有利于LIBS光谱稳定测量，并且可进行不同焦深（聚焦透镜焦点与粉状物料层表面的相对位置）的LIBS测量优化。

一些实施例中，该光学探测器包括固定在L形光学固定支架上的光学探头和连接的光纤，该光纤另一端连接光谱仪及光电转换器，光学探头收集的光谱信号经光纤传入光谱仪分光及传入光电转换器进行光电转换后，传送到计算机进行数据处理，可以得出粉状物料的元素成分和工业分析等各个指标，并可将分析结果输出到相关的在线控制系统。

一些实施例中，该聚焦透镜为石英平凸聚焦透镜。

一些实施例中，该L形光学固定支架上在聚焦透镜前方还设有气体吹扫管路，形成局部微正压环境，使整个测量过程粉尘污染极少。

一些实施例中，其进一步包括控制器，该控制器连接所述皮带式传动装置的电机，可控制电机转速，从而控制皮带传送粉状物料的速度和传送量。

一些实施例中，该传送皮带下方设有重量传感器，该重量传感器与该控制器连接，重量传感器检测到的信息发送到控制器，根据该重量信息调控电机转速，控制给粉量。