CN108519367A - 一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法 - Google Patents
一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法，该装置包括主机和测量枪，所述主机包括主机显示屏、用于发射激光的激光模块、控制和数据处理模块、用于输出电压的脉冲高压电源模块、以及光谱分析处理模块；所述测量枪包括测量枪显示屏、CCD图像传感器、腔体、光学组件、导线、放电电极、第一光纤、第二光纤和测量枪开关，所述测量枪顶端的电极进行脉冲放电与聚焦的激光同时击穿烟道中的烟气形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，发射光谱信号并传输到光谱分析处理模块进行光谱分析，最后获得的重金属含量测量结果。本发明能够达到快速测量的要求，并且成本低，装置结构简单、易维护。
Description
技术领域
本发明涉及重金属含量测量技术领域，特别涉及一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法。
背景技术
随着工业和经济的快速发展、人口的剧增，环境污染问题日趋严重。大气重金属污染是世界城市发展的严重环境污染问题之一。重金属元素指化学元素周期表金属栏内原子量超过40以上的金属元素，如：铁、铜、镉、铅、铬、铍、锑、钴、锰、镍等，一些类金属元素，由于其很多性质与环境行为和重金属元素类似，所以也将它们划入重金属元素，如砷、硒、汞等。美国环境保护协会认为：在燃烧烟气排放的多种污染物中尤以亚微米量级的有毒重金属元素对人类健康具有最大威胁。世界各国都面临有毒重金属元素危害的严峻形势。我国在这方面的形势也不容乐观，上世纪80年代每年仅As元素的排放量就高达5000吨。不少城市大气中的砷污染都比较严重，部分高砷煤使用地区，大量人员的砷中毒事件也时有发生。
随着经济的发展和社会的进步，人们的环保意识也日益增强，烟气污染的治理与控制已经为世界各国政府所关注。美国等发达国家，于上世纪90年代就已颁布了严格控制上述有毒重金属元素排放的法规。随着我国《大气污染防治法(修订草案)》审议通过，源头治理及污染排放总量和浓度控制进一步加强，要求燃煤等重点领域开展多污染物协同治理。PM2.5作为导致雾霾的重要因素，一半左右来自燃煤电厂等固定源。PM2.5除了会引起雾霾，还由于比表面积大，极易富集重金属，随呼吸进入人体而导致各种疾病。因此，针对燃煤电厂和垃圾焚烧炉等固定源，实现PM2.5及其重金属的在线监测对于环境污染控制和减排具有重大意义。
国内外针对PM2.5监测主要集中于大气环境的浓度监测，一般采用β射线法和微振荡天平法，少数为光散射法。而针对细颗粒中重金属检测的研究集中在取样离线分析或取样结合ICP/MS的原位快速测量，但这两类技术均难以满足工业环境下在线测量的需求。而LIBS作为极具发展潜力的在线分析技术，已被美国加利福尼亚大学和佛罗里达大学的研究团队验证了检测气溶胶重金属的可行性。对燃煤电厂等固定源而言，PM2.5颗粒浓度与质量浓度监测具有同样重要的意义，但目前尚无成熟的颗粒浓度及重金属同步在线监测设备。因此，开展基于LIBS的PM2.5颗粒浓度及重金属同步在线监测技术研究，并自主研发在线监测系统，可填补该技术空白。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，解决重金属含量快速/在线测量结果不理想的问题。
本发明的另一目的在于提供一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置的检测方法。
为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：
一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，包括主机和测量枪，所述主机包括主机显示屏、用于发射激光的激光模块、控制和数据处理模块、用于输出电压的脉冲高压电源模块、以及光谱分析处理模块；所述主机显示屏、激光模块、脉冲高压电源模块、以及光谱分析处理模块分别通过内部的信号线与所述控制和数据处理模块连接；所述控制和数据处理模块用于开启主机和设置测量参数；所述主机显示屏用于显示设置的测量参数和重金属含量测量结果；
所述测量枪包括测量枪显示屏、CCD图像传感器、图像数据传输线、腔体、光学组件、导线、放电电极、第一光纤、第二光纤和测量枪开关；以用于插入烟道进行等离子体激发的放电电极所在为测量枪前端，并且固定在腔体前端；所述测量枪显示屏用于显示由CCD图像传感器接收激发处的烟道环境；所述第一光纤用于将激光模块发射的激光传输进入腔体；所述第二光纤用于将采集的光谱信号传输至光谱分析处理模块；
所述光学组件通过光学紧固件安装在腔体内，具体包括第①二向色镜、第②二向色镜、准直透镜、穿孔反射镜、聚焦透镜、以及采集透镜；所述CCD图像传感器、第①二向色镜、准直透镜、穿孔反射镜、聚焦透镜五者的中心依次在一条直线上，且放电电极的尖端同样位于该直线上；
在使用装置时，所述测量枪的第一光纤连接主机的激光模块，导线连接脉冲高压电源模块，第二光纤连接光谱分析处理模块；所述激光模块发射的激光通过第一光纤传输进入腔体，依次经过第②二向色镜和第①二向色镜的中心，然后经过准直透镜将光束准直为平行光后穿过穿孔反射镜，再经过聚焦透镜聚焦，聚焦光束出射到放电电极的尖端；所述放电电极的两端通过导线与主机的脉冲高压电源模块连接，放电电极以设置好的频率进行脉冲放电，与聚焦的激光同时击穿烟道中的烟气形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并发射等离子体光，所述等离子体光从放电电极的尖端进入测量枪，经过聚焦透镜聚焦，然后通过穿孔反射镜反射到采集透镜，再由采集透镜耦合进入第二光纤，所述第二光纤引出腔体与主机的光谱分析处理模块连接，所述光谱分析处理模块用于将接收到的光谱信号转化为电信号进行处理，获得的重金属含量测量结果显示在主机显示屏上，并存储于光谱分析处理模块中。
作为优选的技术方案，所述腔体的下部设置测量枪开关和一个用于手拿的枪柄；所述测量枪显示屏设置在腔体后端上部。
作为优选的技术方案，所述第①二向色镜和第②二向色镜均为45°二向色镜。
作为优选的技术方案，所述穿孔反射镜中间设置一个孔，用于供激光束通过，并且将等离子体光反射供采集透镜采集。
作为优选的技术方案，所述装置为便携式测量装置；不使用时，将导线、第一光纤、第二光纤拆离主机。
作为优选的技术方案，主机外体面板分为五部分，第一部分为主机显示屏，第二部分为控制与处理模块的按键，第三部分为激光模块的接入口；第四部分为脉冲高压电源模块的接入口，第五部分为光谱分析模块的接入口。
作为优选的技术方案，所述控制和数据处理模块设置的测量参数包括：脉冲频率、高压电源电压、光谱采集的延时、门宽和激光模块出射的激光波长。
作为优选的技术方案，通过测量枪显示屏查看烟道环境图像，调整测量枪头的位置。
一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置的检测方法，包括下述步骤：
(1)、测量枪由烟道上开设的测量孔插入烟道内，同时打开便携式测量装置的主机启动开关和测量枪开关，通过CCD图像传感器，在测量枪的显示屏上观察烟道环境，调整放电电极位置，然后由控制和数据处理模块设置测量参数；
(2)经过步骤(1)的准备后，脉冲高压电源以设置好的频率通过测量枪顶端的电极释放高压电，同时激光发射器发射激光进行击穿诱导，最后电极间的烟气被击穿形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并同时发射光谱信号；
(3)、步骤(2)得到的光谱信号从放电电极的尖端进入测量枪，经过聚焦透镜聚焦，然后通过穿孔反射镜反射到采集透镜，再由采集透镜耦合进入第二光纤，最后传输至光谱分析处理模块；
(4)、所述光谱分析处理模块通过接受到的光谱信号，再根据重金属含量和特征谱线强度的标定函数，计算得到对应的重金属含量；
(5)、重金属含量的测量结果由主机显示屏，并存储光谱分析处理模块中。
作为优选的技术方案，把测量枪插入烟道上的不同测量孔，以及同一测量孔的不同深度，实现烟道内重金属含量的网格法测量。
本发明装置的原理如下：
测量枪由烟道上开设的测量孔插入烟道内，打开便携式测量装置的主机启动开关和测量枪开关，通过CCD图像传感器，在测量枪的显示屏上观察烟道环境，调整电极位置后，脉冲高压电源以设置好的频率通过测量枪顶端的电极释放高压电，同时激光发射器发射激光进行击穿诱导，最后电极间的烟气被击穿形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并同时发射光谱信号。通过光纤和光谱分析处理模块采集并处理光谱数据，得到对应的重金属含量测量结果。
本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：
(1)本发明的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法，通过将测量枪插入烟道上不同的测量孔及不同的深度，可以实现重金属含量的网格法测量，提高了重金属含量测量的可靠性，并可以获得烟道内重金属含量的二维分布。
(2)本发明测量枪电极间的高压放电和激光聚焦直接击穿烟气形成等离子体，从而激发流经等离子体区域的固体颗粒，解决了由于现有重金属含量在线测量装置中取样系统堵塞的问题。
(3)采用本发明的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，可以实现1分钟内完成重金属含量测量，达到快速测量的要求。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明装置的实际使用示意图。
附图标号：1、主机；2、主机显示屏；3、激光模块；4、控制和数据处理模块；5、脉冲高压电源模块；6、光谱分析处理模块；7、测量枪显示屏；8、CCD图像传感器；9、腔体；10、第①二向色镜；11、准直透镜；12、导线；13、聚焦透镜；14、放电电极；15、采集透镜；16、第一光纤；17、测量枪开关；18、测量枪；19、烟道；20、第二光纤；21、穿孔反射镜；22、第②二向色镜；23、图像数据传输线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
如图1和图2所示，一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，包括主机1和测量枪18，所述主机1包括主机显示屏2、用于发射激光的激光模块3、控制和数据处理模块4、用于输出电压的脉冲高压电源模块5、以及光谱分析处理模块6；所述主机显示屏2、激光模块3、脉冲高压电源模块5、以及光谱分析处理模块6分别通过内部的信号线与所述控制和数据处理模块4连接；所述控制和数据处理模块4用于开启主机和设置测量参数；所述主机显示屏2用于显示设置的测量参数和重金属含量测量结果；
所述测量枪18包括测量枪显示屏7、CCD图像传感器8、图像数据传输线23、腔体9、光学组件、导线12、放电电极14、第一光纤16、第二光纤20和测量枪开关17；以用于插入烟道进行等离子体激发的放电电极14所在为测量枪前端，并且固定在腔体9前端；所述腔体9的下部设置测量枪开关17和一个用于手拿的枪柄；在本实施例中，所述测量枪显示屏7设置在腔体9后端上部，用于显示由CCD图像传感器8接收激发处的烟道19环境；所述图像数据传输线23用于CCD图像传感器8传输烟道环境的图像信息；所述第一光纤16用于将激光模块3发射的激光传输进入腔体9；所述第二光纤20用于将采集的光谱信号传输至光谱分析处理模块6；
所述光学组件通过光学紧固件安装在腔体9内部，具体包括第①二向色镜10、第②二向色镜22、准直透镜11、穿孔反射镜21、聚焦透镜13、以及采集透镜15；所述CCD图像传感器8、第①二向色镜10、准直透镜11、穿孔反射镜21、聚焦透镜13五者的中心依次在一条直线上，且放电电极14的尖端同样位于该直线上；
二向色镜只允许特定波长的光通过，对另一些特定波长的光完全反射，在本实施例中，两个二向色镜一方面用于激光实现全反射，即激光经过两个二向色镜的反射后再经过准直透镜，另一方面保证烟道内部的光完全透过第①二向色镜10直接传入CCD图像传感器8。
在使用装置时，所述测量枪的第一光纤16连接主机的激光模块3，导线12连接脉冲高压电源模块5，第二光纤20连接光谱分析处理模块6；所述激光模块3发射的激光通过第一光纤16传输进入腔体9，依次经过第②二向色镜22和第①二向色镜10的中心，然后经过准直透镜11将光束准直为平行光后穿过穿孔反射镜21，再经过聚焦透镜13聚焦，聚焦光束出射到放电电极的尖端；所述放电电极的两端通过导线12与主机的脉冲高压电源模块5连接，放电电极14以设置好的频率进行脉冲放电，与聚焦的激光同时击穿烟道19中的烟气形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并发射光谱信号，所述光谱信号从放电电极的尖端进入，经过聚焦透镜13聚焦，然后通过穿孔反射镜21反射到采集透镜15，再由采集透镜15耦合进入第二光纤20，所述第二光纤20引出腔体9与主机的光谱分析处理模块6连接，所述光谱分析处理模块6用于将接收到的光谱信号转化为电信号进行处理，获得的重金属含量测量结果显示在主机显示屏2上，并存储于光谱分析处理模块6中。
在本实施例中，所述第①二向色镜和第②二向色镜均为45°二向色镜；
所述穿孔反射镜中间设置一个孔，用于供激光束通过，并且可以将等离子体光反射供采集透镜采集；
所述装置为便携式测量装置；不使用时，将导线、第一光纤、第二光纤拆离主机；
所述控制和数据处理模块设置的测量参数包括：脉冲频率、高压电源电压、光谱采集的延时、门宽和激光模块出射的激光波长；
所述激光模块、脉冲高压电源模块、光谱分析模块、以及控制与处理模块皆可采用通用的器件予以组装；
在本实施例中，主机外体面板分为五部分，第一部分为主机显示屏，第二部分为控制与处理模块的按键，第三部分为激光模块的接入口；第四部分为脉冲高压电源模块的接入口，第五部分为光谱分析模块的接入口。
在本实施中，通过测量枪显示屏查看烟道环境图像，便于调整测量枪头的位置。
本实施例的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置的检测方法，包括下述步骤：
(1)、测量枪由烟道上开设的测量孔插入烟道内，同时打开便携式测量装置的主机启动开关和测量枪开关，通过CCD图像传感器，在测量枪的显示屏上观察烟道环境，调整放电电极位置，然后由控制和数据处理模块设置测量参数；
(2)经过步骤(1)的准备后，脉冲高压电源以设置好的频率通过测量枪顶端的电极释放高压电，同时激光发射器发射激光进行击穿诱导，最后电极间的烟气被击穿形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并同时发射光谱信号；
(3)、步骤(2)得到的光谱信号从放电电极的尖端进入测量枪，经过聚焦透镜聚焦，然后通过穿孔反射镜反射到采集透镜，再由采集透镜耦合进入第二光纤，最后传输至光谱分析处理模块；
(4)、所述光谱分析处理模块通过接受到的光谱信号，再根据重金属含量和特征谱线强度的标定函数，计算得到对应的重金属含量；
(5)、重金属含量的测量结果由主机显示屏，并存储光谱分析处理模块中。
在本实施例中，把测量枪插入烟道上的不同测量孔，以及同一测量孔的不同深度，实现烟道内重金属含量的网格法测量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求所述为准。
Claims (10)
1.一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，包括主机和测量枪，所述主机包括主机显示屏、用于发射激光的激光模块、控制和数据处理模块、用于输出电压的脉冲高压电源模块、以及光谱分析处理模块；所述主机显示屏、激光模块、脉冲高压电源模块、以及光谱分析处理模块分别通过内部的信号线与所述控制和数据处理模块连接；所述控制和数据处理模块用于开启主机和设置测量参数；所述主机显示屏用于显示设置的测量参数和重金属含量测量结果；
所述测量枪包括测量枪显示屏、CCD图像传感器、图像数据传输线、腔体、光学组件、导线、放电电极、第一光纤、第二光纤和测量枪开关；以用于插入烟道进行等离子体激发的放电电极所在为测量枪前端，并且固定在腔体前端；所述测量枪显示屏用于显示由CCD图像传感器接收激发处的烟道环境；所述第一光纤用于将激光模块发射的激光传输进入腔体；所述第二光纤用于将采集的光谱信号传输至光谱分析处理模块；
所述光学组件通过光学紧固件安装在腔体内，具体包括第①二向色镜、第②二向色镜、准直透镜、穿孔反射镜、聚焦透镜、以及采集透镜；所述CCD图像传感器、第①二向色镜、准直透镜、穿孔反射镜、聚焦透镜五者的中心依次在一条直线上，且放电电极的尖端同样位于该直线上；
在使用装置时，所述测量枪的第一光纤连接主机的激光模块，导线连接脉冲高压电源模块，第二光纤连接光谱分析处理模块；所述激光模块发射的激光通过第一光纤传输进入腔体，依次经过第②二向色镜和第①二向色镜的中心，然后经过准直透镜将光束准直为平行光后穿过穿孔反射镜，再经过聚焦透镜聚焦，聚焦光束出射到放电电极的尖端；所述放电电极的两端通过导线与主机的脉冲高压电源模块连接，放电电极以设置好的频率进行脉冲放电，与聚焦的激光同时击穿烟道中的烟气形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并发射等离子体光，所述等离子体光从放电电极的尖端进入测量枪，经过聚焦透镜聚焦，然后通过穿孔反射镜反射到采集透镜，再由采集透镜耦合进入第二光纤，所述第二光纤引出腔体与主机的光谱分析处理模块连接，所述光谱分析处理模块用于将接收到的光谱信号转化为电信号进行处理，获得的重金属含量测量结果显示在主机显示屏上，并存储于光谱分析处理模块中。
2.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，所述腔体的下部设置测量枪开关和一个用于手拿的枪柄；所述测量枪显示屏设置在腔体后端上部。
3.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，所述第①二向色镜和第②二向色镜均为45°二向色镜。
4.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，所述穿孔反射镜中间设置一个孔，用于供激光束通过，并且将等离子体光反射供采集透镜采集。
5.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，所述装置为便携式测量装置；不使用时，将导线、第一光纤、第二光纤拆离主机。
6.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，主机外体面板分为五部分，第一部分为主机显示屏，第二部分为控制与处理模块的按键，第三部分为激光模块的接入口；第四部分为脉冲高压电源模块的接入口，第五部分为光谱分析模块的接入口。
7.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，所述控制和数据处理模块设置的测量参数包括：脉冲频率、高压电源电压、光谱采集的延时、门宽和激光模块出射的激光波长。
8.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置，其特征在于，通过测量枪显示屏查看烟道环境图像，调整测量枪头的位置。
9.根据权利要求1所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置的检测方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)、测量枪由烟道上开设的测量孔插入烟道内，同时打开便携式测量装置的主机启动开关和测量枪开关，通过CCD图像传感器，在测量枪的显示屏上观察烟道环境，调整放电电极位置，然后由控制和数据处理模块设置测量参数；
(2)经过步骤(1)的准备后，脉冲高压电源以设置好的频率通过测量枪顶端的电极释放高压电，同时激光发射器发射激光进行击穿诱导，最后电极间的烟气被击穿形成等离子体，烟气中的固体颗粒流经等离子体区域时被快速激发，并同时发射光谱信号；
(3)、步骤(2)得到的光谱信号从放电电极的尖端进入测量枪，经过聚焦透镜聚焦，然后通过穿孔反射镜反射到采集透镜，再由采集透镜耦合进入第二光纤，最后传输至光谱分析处理模块；
(4)、所述光谱分析处理模块通过接受到的光谱信号，再根据重金属含量和特征谱线强度的标定函数，计算得到对应的重金属含量；
(5)、重金属含量的测量结果由主机显示屏，并存储光谱分析处理模块中。
10.根据权利要求9所述的脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置的检测方法，其特征在于，把测量枪插入烟道上的不同测量孔，以及同一测量孔的不同深度，实现烟道内重金属含量的网格法测量。
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| CN201810170647.7A CN108519367A (zh) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | 一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法 |
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| CN201810170647.7A CN108519367A (zh) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | 一种脉冲放电和激光诱导击穿光谱联用的重金属检测装置及方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109521342A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-26 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统 |
| CN112595707A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-04-02 | 华南理工大学 | 一种基于激光诱导击穿光谱测量固体样品的测量方法 |
| CN114029636A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-11 | 广东宏石激光技术股份有限公司 | 一种基于光谱检测技术的切割装置及穿孔工艺 |
| CN114226279A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-25 | 欧冶云商股份有限公司 | 一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044052A (zh) * | 2015-09-07 | 2015-11-11 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种液体中元素激光光谱分析装置及方法 |
| CN105136752A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-09 | 清华大学 | 基于激光诱导击穿光谱的在线粉末检测装置及其测量方法 |
| CN105181675A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-23 | 华南理工大学 | 基于脉冲放电等离子体光谱的飞灰含碳量测量装置及方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044052A (zh) * | 2015-09-07 | 2015-11-11 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种液体中元素激光光谱分析装置及方法 |
| CN105181675A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-23 | 华南理工大学 | 基于脉冲放电等离子体光谱的飞灰含碳量测量装置及方法 |
| CN105136752A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-09 | 清华大学 | 基于激光诱导击穿光谱的在线粉末检测装置及其测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邓海波等, 冶金工业出版社 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109521342A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-26 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统 |
| CN112595707A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-04-02 | 华南理工大学 | 一种基于激光诱导击穿光谱测量固体样品的测量方法 |
| CN114029636A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-11 | 广东宏石激光技术股份有限公司 | 一种基于光谱检测技术的切割装置及穿孔工艺 |
| CN114029636B (zh) * | 2021-11-10 | 2024-04-09 | 广东宏石激光技术股份有限公司 | 一种基于光谱检测技术的切割装置及穿孔工艺 |
| CN114226279A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-25 | 欧冶云商股份有限公司 | 一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置 |
| CN114226279B (zh) * | 2021-12-13 | 2023-12-22 | 欧冶云商股份有限公司 | 一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置 |
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