CN202661379U - Libs粉状物料皮带式检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种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。本实用新型使用皮带式传送，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。

Description

LIBS粉状物料皮带式检测装置

【技术领域】

本实用新型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】

本实用新型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。

为实现本实用新型目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供一种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。

本实用新型使用皮带式传送，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，本实用新型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。

一些实施例中，该LIBS粉状物料皮带式检测装置进一步包括给粉仓，该给粉仓设置在该传送皮带上方、挡板的另一侧，该给粉仓出口设有电动截止阀，方便控制给粉量。

一些实施例中，该传送皮带的尾端设有粉刷，粉状物料经过检测区间后在传送皮带的尾端部分由粉刷扫落，进行回收或循环处理。

一些实施例中，该LIBS粉状物料皮带式检测装置进一步包括测量室壳体，所述皮带式传动装置设置在测量室壳体内，所述挡板设置在测量室壳体上并伸入壳体内，测量室壳体为检测提供一个相对封闭的空间，减少粉尘污染、提高检测精确度，并为检测的挡板、聚光透镜、光学探测器等提供固定的条件，保证检测稳定性。

一些实施例中，该测量室壳体位于传送皮带的尾端下方设有锥形集粉段，锥形集粉段设有出粉口，测量完的粉状物料落入测量室壳体的锥形集粉段，进行回收或循环处理。

一些实施例中，该挡板通过固定板安装于测量室壳体上，该挡板与传送皮带之间的距离可调，固定板上设有调节挡板的上下定位距离的微距螺杆，可设定好挡板与传送皮带之间的间隙高度，从而调整经过挡板后的粉状物料层的厚度。

本实用新型给出了一种新的利用激光诱导击穿光谱技术进行粉状物料在线分析的皮带传动检测模式，该检测模式下，将从给粉仓下落的粉状物料利用挡板刮平形成平整均匀的粉状物料薄层，脉冲激光不断作用于运动的粉状物料层表面，以实现粉状物料成分特性指标的连续分析。粉状物料经挡板刮平后，有利于产生稳定的激光等离子体信号，提高定量分析的可靠性。采用本实用新型提出的检测装置，可解决LIBS技术对粉状物料测量时压片处理过程复杂耗时长的问题，其装置结构较简单，对粉状物料种类及给粉量变化适应性强，测量实时方便，有利于在线设备的连续可靠运行。

对比现有技术，本实用新型具有以下优点：

1）利用皮带传送和挡板获得平整均匀的粉状物料层，其装置结构解决了粉状物料表面分布均匀性问题和物料表面至透镜的距离不稳定问题，有利于激光连续激发，产生的激光诱导等离子体光谱信号强度的RSD值完全满足工业需求。

2）系统结构简单，工作连续稳定，从采样到测量延迟时间极小，满足在线实时分析的需求。

3）采用控制器编程控制调节电机转速，适应于不同给粉量，且产生粉尘污染少。

4）适用于多种不同类型的粉状物料LIBS检测。

【附图说明】

图1为本实用新型LIBS粉状物料皮带式检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型中挡板固定结构的分解示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本实用新型是一种利用激光诱导击穿光谱技术对煤质特性在线连续获取的皮带式输送测量装置，本实用新型LIBS粉状物料皮带式检测装置包括测量室壳体5，该测量室壳体5内设有用于传送粉状物料的皮带式传动装置，该皮带式传动装置包括传送皮带4及驱动传送皮带运动的电机6，传送皮带通过两个滚轮循环运动。

传送皮带4的前段上方设有给粉仓1，给粉仓1中的粉状物料落在传送皮带4上，通过传送皮带4传送。在传送皮带4的中段在测量室壳体5顶部固定有挡板9，该挡板9位于传送皮带4上方。

在传送皮带4的后段上方固定有L形光学组合件，该L形光学组合件包括有石英平凸聚焦透镜11、L形光学固定支架12、光纤13及光学探头14等，L形光学固定支架12倒挂固定在测量室壳体5上，与挡板9之间形成相对独立的检测空间。聚焦透镜11固定在上方，而光学探头14则固定在一侧，光学探头14连接光纤13，作为接收光谱信号的光学探测器。激光源的激光经聚焦透镜11汇聚后聚焦到传送皮带上的物料表面。

在聚焦透镜前方设置气体吹扫管路10，形成局部微正压环境，使整个测量过程粉尘污染极少。

该给粉仓1出口设有电动截止阀2，方便控制给粉量。

在传送皮带4前段下方设有重量传感器7，可实时检测传送皮带4上粉状物料的量。该装置还包括控制器3，该控制器3连接电机6、电动截止阀2、重量传感器7，控制器3用于从重量传感器7获取传送皮带4上粉状物料的重量信息，控制电机6的转速和给粉量。

该测量室壳体5位于传送皮带4的尾端下方设有锥形集粉段18，锥形集粉段设有出粉口。在传送皮带4尾端设有粉刷15。

待测的粉状物料预先储存在给粉仓1内，经电动截止阀2后下落在传送皮带4上，传送皮带4下方的重量传感器7获取粉状物料的重量信息传送到控制器3，控制器根据预先设置的程序和收到的信息实时控制电机6转速，确保在下料量改变的情况下，粉状物料的厚度仍不变。传送皮带4由电机6驱动，带动粉状物料8运动，经过开度已调节好的挡板9与传送皮带4之间的狭缝后，形成平整均匀的物料层，并传送到挡板9与L形光学固定支架12之间的检测区，L形光学组合件所连接的LIBS检测系统对粉状物料进行在线成分检测。

脉冲激光束通过聚焦透镜11后形成高能量密度的光斑，作用于粉状物料层表面，使其消融激发形成等离子体，光学探头14收集等离子体冷却过程中发射出来的光谱信号，经过光纤13传入光谱仪分光及光电转换，最后利用计算机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，测量完的粉状物料经粉刷15作用，落入测量室壳体5的锥形集粉段18，进行回收或循环处理。

请参阅图2，是挡板9的结构示意图，挡板9通过固定板16安装于测量室壳体5上，微距螺杆17可使挡板9上下方向调节，可预先手动设定好传送皮带4与挡板9之间的间隙高度。挡板9和微距螺杆17上设有显示粉状物料层厚度的刻度尺，当测量室壳体5端面指向0cm时表示挡板下端刚好接触传送皮带表面，粉状物料此时不能通过挡板。

聚焦透镜11和光学探头14通过L形光学固定支架12固定于测量室壳体5上。进行LIBS测量时，可预先调节L形光学固定支架12使聚焦透镜11的焦点与挡板9下沿处在同一水平面，这样激光器发出的脉冲激光过聚焦透镜11聚焦后，正好作用于被挡板9刮平的粉状物料层表面。高能量密度的激光束使粉状物料瞬间被激发，产生等离子体光谱信号。光学探头14收集这些信号，并通过光纤13传输至光谱仪和计算机进行分光和光电转换以及后期的数据分析。

传送皮带4上被测量过的粉状物料经粉刷15作用，下落汇集于测量室壳体5锥形集粉段部分，用于回收或循环处理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种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，其特征在于，其进一步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。

2.如权利要求1所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，其进一步包括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。

3.如权利要求2所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，该L形光学固定支架上还设有气体吹扫管路。

4.如权利要求1所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，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。

5.如权利要求4所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，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。

6.如权利要求1所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，其进一步包括给粉仓，该给粉仓设置在该传送皮带上方、挡板的另一侧，该给粉仓出口设有电动截止阀。

7.如权利要求1所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，该传送皮带的尾端设有粉刷。

8.如权利要求1~7任一项所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，其进一步包括测量室壳体，所述皮带式传动装置设置在测量室壳体内，所述挡板设置在测量室壳体上并伸入壳体内。

9.如权利要求8所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，该测量室壳体位于传送皮带的尾端下方设有锥形集粉段，锥形集粉段设有出粉口。

10.如权利要求8所述的LIBS粉状物料皮带式检测装置，其特征在于，该挡板通过固定板安装于测量室壳体上，该挡板与传送皮带之间的距离可调，固定板上设有调节挡板的上下定位距离的微距螺杆。

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