CN113091903A - 一种直入式直读光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直入式直读光谱仪，包括火花台和窗镜座，所述窗镜座固定安装在火花台的前端，所述火花台的前端固定安装有压样架，所述压样架位于窗镜座的一侧，所述火花台的一侧固定连接有聚焦架，所述聚焦架远离火花台的一侧固定安装有光学室，光学室内设置有数据采集模块、数据分析模块和调控模块，数据采集模块用于采集传播信息和环境信息；数据分析模块用于对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据；调控模块用于根据分析数据对光学室的运行进行调控操作；可以解决现有方案中不能对直入式直读光谱仪的运行状态以及内部环境进行实时监测，导致不能及时调控使得光谱仪的工作效果受到影响的技术问题。

Description

一种直入式直读光谱仪

技术领域

本发明涉及光谱仪技术领域，尤其涉及一种直入式直读光谱仪。

背景技术

直读光谱仪品种分为火花直读光谱仪、光电直读光谱仪、原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪和真空直读光谱仪；直读光谱仪和ICP都属于发射光谱分析仪器，区别在于它们的激发方式不同，ICP中文名字是电感耦合等离子体，是通过线圈磁场达到高温使样品的状态呈等离子态然后进行测量的，而直读光谱仪一般采用电火花，电弧或者辉光放电的方式把样品打成蒸气进行激发的，在效果上ICP要比直读光谱仪器的检出限小、精度高，但是在进样系统上要求非常严格。

现有的直入式直读光谱仪存在的缺陷包括：存在不能对直入式直读光谱仪的运行状态以及内部环境进行实时监测，导致不能及时调控使得光谱仪的工作效果受到影响的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直入式直读光谱仪，解决的技术问题包括：

如何解决现有方案中不能对直入式直读光谱仪的运行状态以及内部环境进行实时监测，导致不能及时调控使得光谱仪的工作效果受到影响的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种直入式直读光谱仪，包括火花台和窗镜座，所述窗镜座固定安装在火花台的前端，所述火花台的前端固定安装有压样架，所述压样架位于窗镜座的一侧，所述火花台的一侧固定连接有聚焦架，所述聚焦架远离火花台的一侧固定安装有光学室；

所述窗镜座包含窗镜本体和球阀，所述光学室设置有入射狭缝、聚光镜、光栅和线阵传感器；

所述光学室内设置有数据采集模块、数据分析模块和调控模块，数据采集模块用于采集传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；

数据分析模块用于对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据；

调控模块用于根据分析数据对光学室的运行进行调控操作。

作为本发明的进一步改进方案：数据分析模块用于对传播信息和环境信息进行处理分析，具体的步骤包括：

S21：接收传播信息和环境信息，获取传播信息中的运行规格数据和接收数据；

S22：设定不同的光栅类型均对应一个不同的光栅预设值，将运行规格数据中的光栅类型与所有的光栅类型进行匹配获取对应的光栅预设值并标记为G1；

S23：获取接收数据中的光栅接收面积并标记为G2，获取接收数据中的光栅转动角度并标记为G3，将接收数据中的入射狭缝宽度标记为G4，获取接收数据中电源的放电频率并标记为G5；

S24：利用公式

计算获取传播系数；其中，μ表示为预设的传播修正因子且不为零，a1、a2、a3、a4、a5、a6表示为预设的不同比例系数且均大于零；

S25：将最大的传播系数标记为第一匹配系数，对第一匹配系数进行分析得到传播分析集；

S26：获取环境信息中的温度数据和压强数据并进行处理分析。

作为本发明的进一步改进方案：对第一匹配系数进行分析得到匹配分析集，具体的步骤包括：

S31：将第一匹配系数与预设的匹配阈值进行对比判断；

S32：若第一匹配系数不大于预设的匹配阈值，则判定该第一匹配系数对应的运行状态正常并生成第一传播信号；

S33：若第一匹配系数大于预设的匹配阈值，则判定该第一匹配系数对应的运行状态异常并生成第二传播信号，根据第二传播信号将第一匹配系数对应的光栅接收面积、光栅转动角度、入射狭缝宽度和放电频率分别标记为匹配接收面积、匹配转动角度、匹配狭缝宽度和匹配放电频率；

S34：第一传播信号和第二传播信号组合得到传播分析集。

作为本发明的进一步改进方案：获取环境信息中的温度数据和压强数据并进行处理分析，具体的步骤包括：

S41：获取温度数据中的实时温度并标记为D1，获取压强数据中的实时压强并标记为D2；

S42：将标记的实时温度和实时压强进行归一化处理并取值，利用公式

计算获取环境系数；其中，b1和b2表示为不同的比例系数且均大于零，D10表示为预设的温度阈值，D20表示为预设的压强阈值，t表示为监测的时长，n表示为监测的次数；

S43：将环境系数与预设的环境范围进行对比判断，若环境系数属于预设的环境范围，则判定该环境系数对应的环境运行状态正常并生成第一环境信号；

S44：若环境系数不属于预设的环境范围，则判定该环境系数对应的环境运行状态异常并生成第二环境信号，根据第二环境信号将环境系数标记为第二匹配系数，并将第二匹配系数对应的光栅接收面积、光栅转动角度、入射狭缝宽度和放电频率分别标记为待测接收面积、待测转动角度、待测狭缝宽度和待测放电频率；

S45：将第一环境信号和第二环境信号组合得到环境分析集，将环境分析集和传播分析集分类组合得到分析数据。

作为本发明的进一步改进方案：调控模块进行调控操作的具体步骤包括：

S51：获取分析数据中的环境分析集和传播分析集并进行分析；

S52：若环境分析集中包含第一环境信号且传播分析集中包含第一传播信号，则判定该直读光谱仪整体的运行状态正常并生成第一提示信号；

S53：若环境分析集中包含第二环境信号且传播分析集中包含第一传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态异常但没有对内部光谱传播的运行造成影响并生成第一调控信号，利用第一调控信号对实时温度和实时压强进行调控；

S54：若环境分析集中包含第一环境信号且传播分析集中包含第二传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态正常但内部光谱传播的运行状态异常并生成第二调控信号，利用第二调控信号对其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控；

S55：若环境分析集中包含第二环境信号且传播分析集中包含第二传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态异常且内部光谱传播的运行状态异常并生成第三调控信号，利用第三调控信号对温度和气压强以及其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控。

一种直入式直读光谱仪的工作方法，该工作方法的具体步骤包括：

步骤一：通过火花台上的激发光源产生光，光通过窗镜座和聚焦架进入光学室，光通过聚光镜聚焦在焦点上，光成像通过入射狭缝形成衍射光源并利用光栅进行分光；

步骤二：采集激发光源产生光的传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；

步骤三：对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据，该分析数据包含环境分析集和传播分析集；

步骤四：根据分析数据对光学室的运行进行调控操作。

本发明公开的各个方面带来的有益效果是：

利用数据采集模块采集传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；通过采集传播信息和环境信息，可以达到对直入式直读光谱仪的运行状态以及内部环境进行实时监测的目的，为后续的调控提供有效的数据支撑；

利用数据分析模块对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据；通过将采集的数据进行处理和分析，使得各个数据之间建立联系，提高数据之间的准确性和关联性；

利用调控模块根据分析数据对光学室的运行进行调控操作，可以通过监测数据并进行调控，达到提高光谱仪的工作效果的目的。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种直入式直读光谱仪的立体结构图。

图2为本发明一种直入式直读光谱仪的模块图。

图中：1、火花台；2、压样架；3、窗镜座；4、聚焦架；5、光学室。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-2所示，一种直入式直读光谱仪，包括火花台1和窗镜座3，所述窗镜座3固定安装在火花台1的前端，所述火花台1的前端固定安装有压样架2，所述压样架2位于窗镜座3的一侧，所述火花台1的一侧固定连接有聚焦架4，所述聚焦架4远离火花台1的一侧固定安装有光学室5；

所述窗镜座3包含窗镜本体和球阀，所述光学室5设置有入射狭缝、聚光镜、光栅和线阵传感器；

所述光学室5内设置有数据采集模块、数据分析模块和调控模块，数据采集模块用于采集传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；

数据分析模块用于对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据；具体的步骤包括：

接收传播信息和环境信息，获取传播信息中的运行规格数据和接收数据；

设定不同的光栅类型均对应一个不同的光栅预设值，将运行规格数据中的光栅类型与所有的光栅类型进行匹配获取对应的光栅预设值并标记为G1；

获取接收数据中的光栅接收面积并标记为G2，获取接收数据中的光栅转动角度并标记为G3，将接收数据中的入射狭缝宽度标记为G4，获取接收数据中电源的放电频率并标记为G5；

利用公式

计算获取传播系数；其中，μ表示为预设的传播修正因子且不为零，a1、a2、a3、a4、a5、a6表示为预设的不同比例系数且均大于零；

将最大的传播系数标记为第一匹配系数，对第一匹配系数进行分析得到传播分析集；具体的步骤包括：

将第一匹配系数与预设的匹配阈值进行对比判断；

若第一匹配系数不大于预设的匹配阈值，则判定该第一匹配系数对应的运行状态正常并生成第一传播信号；

若第一匹配系数大于预设的匹配阈值，则判定该第一匹配系数对应的运行状态异常并生成第二传播信号，根据第二传播信号将第一匹配系数对应的光栅接收面积、光栅转动角度、入射狭缝宽度和放电频率分别标记为匹配接收面积、匹配转动角度、匹配狭缝宽度和匹配放电频率，可以为后续的光栅调控提供支持；

第一传播信号和第二传播信号组合得到传播分析集；

获取环境信息中的温度数据和压强数据并进行处理分析；具体的步骤包括：

获取温度数据中的实时温度并标记为D1，获取压强数据中的实时压强并标记为D2；

将标记的实时温度和实时压强进行归一化处理并取值，利用公式

计算获取环境系数；其中，b1和b2表示为不同的比例系数且均大于零，D10表示为预设的温度阈值，D20表示为预设的压强阈值，t表示为监测的时长，n表示为监测的次数；

将环境系数与预设的环境范围进行对比判断，若环境系数属于预设的环境范围，则判定该环境系数对应的环境运行状态正常并生成第一环境信号；

若环境系数不属于预设的环境范围，则判定该环境系数对应的环境运行状态异常并生成第二环境信号，根据第二环境信号将环境系数标记为第二匹配系数，并将第二匹配系数对应的光栅接收面积、光栅转动角度、入射狭缝宽度和放电频率分别标记为待测接收面积、待测转动角度、待测狭缝宽度和待测放电频率；

将第一环境信号和第二环境信号组合得到环境分析集，将环境分析集和传播分析集分类组合得到分析数据。

调控模块用于根据分析数据对光学室5的运行进行调控操作，具体步骤包括：

获取分析数据中的环境分析集和传播分析集并进行分析；

若环境分析集中包含第一环境信号且传播分析集中包含第一传播信号，则判定该直读光谱仪整体的运行状态正常并生成第一提示信号；

若环境分析集中包含第二环境信号且传播分析集中包含第一传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态异常但没有对内部光谱传播的运行造成影响并生成第一调控信号，利用第一调控信号对实时温度和实时压强进行调控；具体的步骤包括：

将实时温度与预设的温度范围进行匹配，若实时温度高于预设的温度范围，则进行降温操作使得实时温度控制在预设的温度范围内；

若实时温度低于预设的温度范围，则进行升温操作使得实时温度控制在预设的温度范围内；

将实时压强与预设的温度压强进行匹配，若实时压强高于预设的压强范围，则进行降压操作使得实时压强控制在预设的压强范围内；

若实时压强低于预设的压强范围，则进行加压操作使得实时压强控制在预设的压强范围内；对环境操控的总次数加一；

若环境分析集中包含第一环境信号且传播分析集中包含第二传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态正常但内部光谱传播的运行状态异常并生成第二调控信号，利用第二调控信号对其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控；具体的步骤包括：

获取匹配接收面积、匹配转动角度、匹配狭缝宽度和匹配放电频率，根据匹配狭缝宽度和匹配放电频率控制光栅在预设的转动角度范围内进行转动，使得匹配转动角度和匹配接收面积发生改变，若转动后的第一匹配系数不大于预设的匹配阈值，则判定调控有效；若转动后的第一匹配系数大于预设的匹配阈值，则判定调控无效并生成预警信号进行预警提示；对传播操控的总次数加一；其中，预设的转动角度范围可以根据匹配转动角度进行设定；

若环境分析集中包含第二环境信号且传播分析集中包含第二传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态异常且内部光谱传播的运行状态异常并生成第三调控信号，利用第三调控信号对温度和气压强以及其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控；具体的对温度和气压强以及其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控的步骤同上，并对环境操控和对传播操控的总次数均加一；

获取环境操控的总次数并标记为C1，获取传播操控的总次数并标记为C2，获取光栅操控的总次数并标记为C3，将实时温度操控的行为权重标记为B1，将实时压强操控的行为权重标记为B2，将光栅操控的行为权重标记为B3，将标记的环境操控的总次数、传播操控的总次数、光栅操控的总次数以及实时温度操控的行为权重、实时压强操控的行为权重、光栅操控的行为权重进行归一化处理并取值；

利用公式

计算获取预提系数YT；其中，g1和g2表示为不同的比例系数且g1>g2>0；

根据预提系数对直读光谱仪的工作状态进行检修提示，若预提系数不大于预设的检修阈值，则判定直读光谱仪的工作状态正常无需检修；若预提系数大于预设的检修阈值，则判定直读光谱仪存在问题需要检修并生成检修信号进行预警提示。

实施例二

一种直入式直读光谱仪的工作方法，该工作方法的具体步骤包括：

步骤一：通过火花台1上的激发光源产生光，光通过窗镜座3和聚焦架4进入光学室5，光通过聚光镜聚焦在焦点上，光成像通过入射狭缝形成衍射光源并利用光栅进行分光；其中，光栅为凹面光栅，激发光源为HEPS固态电源；

步骤二：采集激发光源产生光的传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；

步骤三：对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据，该分析数据包含环境分析集和传播分析集；

步骤四：根据分析数据对光学室5的运行进行调控操作。

本发明的工作原理：本发明实施例中，通过数据采集模块、数据分析模块和调控模块之间的配合使用，可以解决现有方案中不能对直入式直读光谱仪的运行状态以及内部环境进行实时监测，导致光谱仪的工作效果受到影响不能及时调控的技术问题，利用数据采集模块采集传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；通过采集传播信息和环境信息，可以达到对直入式直读光谱仪的运行状态以及内部环境进行实时监测的目的，为后续的调控提供有效的数据支撑；

利用数据分析模块对传播信息和环境信息进行处理分析，利用公式

计算获取传播系数；将最大的传播系数标记为第一匹配系数，对第一匹配系数进行分析得到传播分析集；利用公式

计算获取环境系数，对环境系数进行分析得到环境分析集，将传播分析集和环境分析集组合得到分析数据；通过将采集的数据进行处理和分析，使得各个数据之间建立联系，提高数据之间的准确性和关联性；

利用调控模块根据分析数据对光学室5的运行进行调控操作，可以通过监测数据并进行调控，达到提高光谱仪的工作效果的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种直入式直读光谱仪，其特征在于，包括火花台(1)和窗镜座(3)，所述窗镜座(3)固定安装在火花台(1)的前端，所述火花台(1)的前端固定安装有压样架(2)，所述压样架(2)位于窗镜座(3)的一侧，所述火花台(1)的一侧固定连接有聚焦架(4)，所述聚焦架(4)远离火花台(1)的一侧固定安装有光学室(5)；

所述窗镜座(3)包含窗镜本体和球阀，所述光学室(5)设置有入射狭缝、聚光镜、光栅和线阵传感器；

所述光学室(5)内设置有数据采集模块、数据分析模块和调控模块，数据采集模块用于采集传播信息和环境信息，该传播信息包含运行规格数据和接收数据，该环境信息包含温度数据和压强数据；

数据分析模块用于对传播信息和环境信息进行处理分析，得到分析数据；

调控模块用于根据分析数据对光学室(5)的运行进行调控操作。

2.根据权利要求1所述的一种直入式直读光谱仪，其特征在于，数据分析模块用于对传播信息和环境信息进行处理分析，具体的步骤包括：

S21：接收传播信息和环境信息，获取传播信息中的运行规格数据和接收数据；

S22：设定不同的光栅类型均对应一个不同的光栅预设值，将运行规格数据中的光栅类型与所有的光栅类型进行匹配获取对应的光栅预设值并标记为G1；

S23：获取接收数据中的光栅接收面积并标记为G2，获取接收数据中的光栅转动角度并标记为G3，将接收数据中的入射狭缝宽度标记为G4，获取接收数据中电源的放电频率并标记为G5；

S24：利用公式

计算获取传播系数；其中，μ表示为预设的传播修正因子且不为零，a1、a2、a3、a4、a5、a6表示为预设的不同比例系数且均大于零；

S25：将最大的传播系数标记为第一匹配系数，对第一匹配系数进行分析得到传播分析集；

S26：获取环境信息中的温度数据和压强数据并进行处理分析。

3.根据权利要求2所述的一种直入式直读光谱仪，其特征在于，对第一匹配系数进行分析得到匹配分析集，具体的步骤包括：

S31：将第一匹配系数与预设的匹配阈值进行对比判断；

S32：若第一匹配系数不大于预设的匹配阈值，则判定该第一匹配系数对应的运行状态正常并生成第一传播信号；

S33：若第一匹配系数大于预设的匹配阈值，则判定该第一匹配系数对应的运行状态异常并生成第二传播信号，根据第二传播信号将第一匹配系数对应的光栅接收面积、光栅转动角度、入射狭缝宽度和放电频率分别标记为匹配接收面积、匹配转动角度、匹配狭缝宽度和匹配放电频率；

S34：第一传播信号和第二传播信号组合得到传播分析集。

4.根据权利要求3所述的一种直入式直读光谱仪，其特征在于，获取环境信息中的温度数据和压强数据并进行处理分析，具体的步骤包括：

S41：获取温度数据中的实时温度并标记为D1，获取压强数据中的实时压强并标记为D2；

S42：将标记的实时温度和实时压强进行归一化处理并取值，利用公式

计算获取环境系数；其中，b1和b2表示为不同的比例系数且均大于零，D10表示为预设的温度阈值，D20表示为预设的压强阈值，t表示为监测的时长，n表示为监测的次数；

S43：将环境系数与预设的环境范围进行对比判断，若环境系数属于预设的环境范围，则判定该环境系数对应的环境运行状态正常并生成第一环境信号；

S44：若环境系数不属于预设的环境范围，则判定该环境系数对应的环境运行状态异常并生成第二环境信号，根据第二环境信号将环境系数标记为第二匹配系数，并将第二匹配系数对应的光栅接收面积、光栅转动角度、入射狭缝宽度和放电频率分别标记为待测接收面积、待测转动角度、待测狭缝宽度和待测放电频率；

S45：将第一环境信号和第二环境信号组合得到环境分析集，将环境分析集和传播分析集分类组合得到分析数据。

5.根据权利要求4所述的一种直入式直读光谱仪，其特征在于，调控模块进行调控操作的具体步骤包括：

S51：获取分析数据中的环境分析集和传播分析集并进行分析；

S52：若环境分析集中包含第一环境信号且传播分析集中包含第一传播信号，则判定该直读光谱仪整体的运行状态正常并生成第一提示信号；

S53：若环境分析集中包含第二环境信号且传播分析集中包含第一传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态异常但没有对内部光谱传播的运行造成影响并生成第一调控信号，利用第一调控信号对实时温度和实时压强进行调控；

S54：若环境分析集中包含第一环境信号且传播分析集中包含第二传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态正常但内部光谱传播的运行状态异常并生成第二调控信号，利用第二调控信号对其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控；

S55：若环境分析集中包含第二环境信号且传播分析集中包含第二传播信号，则判定该直读光谱仪运行的环境状态异常且内部光谱传播的运行状态异常并生成第三调控信号，利用第三调控信号对温度和气压强以及其光栅、入射狭缝和放电频率进行调控。

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