[實用新型]傳送帶上塊狀物料LIBS技術在線檢測裝置

有效

• 申請號: 201720967071.8
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN206974906U
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 胡志裕;解海卿;王強
• 申請（專利權）人: 太原師范學院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/71
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源,曹一杰

技術領域

本實用新型涉及光譜分析技術領域，尤其涉及一種傳送帶上塊狀物料LIBS技術在線檢測裝置。

背景技術

激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）是一種基于發射光譜的物質成分檢測技術。用高功率密度的脈沖激光經透鏡聚焦到樣品表面，使樣品表面附近的原子被激發電離形成等離子體，通過測量等離子體自發輻射譜線的波長及強度即可獲知樣品中元素組成和含量。相比于傳統檢測方法，LIBS技術具有測量速度快、無需樣品預處理、可多元素同時分析、無輻射等優勢，非常適合對物質成分的實時、在線檢測。在電力、煤礦、冶金、水泥、農作物檢測等工農業生產過程控制中有著廣闊的應用潛力。

用LIBS技術進行分析需將激光聚焦到樣品表面，因此需要保證樣品表面到聚焦透鏡的距離恒定，傳統技術通過取樣裝置將樣品采集到樣品室、或者將樣品壓片后測量，程序復雜、耗時，測量結果滯后，影響在線分析結果。為滿足工業測量的實時性需求，需要直接對傳送帶上的物料進行LIBS分析。目前已有的在線分析技術和裝置主要針對粉末物檢測，如煤粉、水泥熟料等，通過擋板將傳送帶表面粉末物料刮平、或者采用噴射裝置將粉末物料以一定速度噴出，形成平整表面。而對于傳送帶上的塊狀物，由于其大小不等、分布不均、空隙率大，表面高低不平，在線分析較為困難，目前國內外對固體塊狀物在線分析研究較少。以色列的M. Gaft等人開發了一種對塊狀礦物成分在線分析裝置，用超聲波測距裝置測量傳送帶上物料高度，反饋到氣動機械裝置，實時調整包括聚焦透鏡的整個光學系統的高度，實現透鏡和樣品間距離恒定。該系統程序復雜，而且整個光學系統包括激光器、透鏡、光譜探測模塊，為防塵均密封在金屬殼內，整體重量約為25-40Kg，對機械控制系統的負重能力、控制精度和響應速度有較高要求，機械磨損大、維護周期短。

發明內容

本實用新型為解決目前LIBS在線檢測技術在檢測塊狀物料時因物料高度變化存在難以準確分析以及光學系統調整困難的技術問題，提供一種傳送帶上塊狀物料LIBS技術在線檢測裝置。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：一種傳送帶上塊狀物料LIBS技術在線檢測裝置，包括脈沖激光器、測距裝置、光譜儀以及與光譜儀相連接的數據處理系統；所述脈沖激光器和測距裝置均位于傳送帶的正上方且測距裝置較之脈沖激光器位于傳送帶上游；光譜儀用于接收脈沖激光器出射的激光入射至待測物料后所激發的等離子體熒光；脈沖激光器的出射端設有自帶馬達的變焦鏡頭；測距裝置的信號輸出端連接有一個信號處理單元；還包括步進馬達驅動器、TTL信號發生器及延時控制器；所述信號處理單元的信號輸出端與步進馬達驅動器的信號輸入端相連接，步進馬達驅動器的信號輸出端與變焦鏡頭自帶的馬達驅動端相連接；TTL信號發生器的信號輸出端與延時控制器的信號輸入端相連接；延時控制器的信號輸出端分別與脈沖激光器的電壓控制端、光譜儀的控制端以及步進馬達驅動器的使能端相連接；TTL信號發生器的信號輸出端還與測距裝置的控制端相連接。

由TTL信號發生器以一定頻率發出脈沖，控制測距裝置測量物料高度后，測距裝置將測量數據傳輸到信號處理單元，信號處理單元根據該點的物料高度計算出變焦鏡頭目標焦距，并將目標焦距換算為變焦鏡頭上的步進電機所需旋轉度數，等待觸發；同時該TTL信號經延時控制器延遲L/v（v為傳送帶速度，L為測距裝置和脈沖激光器的水平距離，見圖1所示）時間后，一方面控制脈沖激光器發出脈沖激光，此時被測點物料剛好傳送到脈沖激光器正下方，另一方面作為觸發信號加到步進馬達驅動器的使能端，使驅動器按照所需旋轉度數發出驅動信號作用到變焦鏡頭馬達，帶動鏡頭的變焦環旋轉，使鏡頭焦點剛好位于下方物料上。脈沖激光器發出的脈沖激光通過變焦鏡頭會聚后作用于下方物料表面，使其被激發形成等離子體，等離子體再經過同一鏡頭會聚；脈沖激光器發出脈沖激光后，延時控制器控制光譜儀延遲一定時間后啟動工作，光譜儀采集經過變焦鏡頭匯聚的等離子體熒光，由光譜儀對其分光后傳至數據處理系統，對物料成分和含量進行分析。

進一步的，還包括設在脈沖激光器出射端與變焦鏡頭之間的反射鏡以及設在反射鏡反射光路上的光纖耦合透鏡及光纖；所述光纖與光譜儀信號輸入端相連接；所述反射鏡上開有孔可使脈沖激光器出射的激光束穿過；反射鏡用以將等離子體熒光反射至光纖耦合透鏡；光纖耦合透鏡將等離子體熒光聚焦后通過光纖傳送至光譜儀。

等離子體熒光經過變焦鏡頭會聚后先由反射鏡反射，再由光纖耦合透鏡耦合到光纖中并傳輸至光譜儀。