CN207779903U - 一种激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置 - Google Patents

Abstract

一种激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，属于光谱分析检测设备领域，用于快速装夹试样的样品仓。其技术方案是：光通道法兰安装到光通道边缘，底座法兰由法兰盘和套筒组成，样品仓的后端插在套筒内由顶丝固定，底座法兰与光通道法兰通过固定销轴孔和固定销轴定位连接，底座法兰和光通道法兰的法兰盘圆周边缘分别有两个相对的卡槽，两个调整螺栓分别通过卡槽将底座法兰和光通道法兰的两侧相连接。本实用新型可以对各种形状固体试样激发面进行准确位置固定，保证每次实验激发的功率密度一致，提高同系列试样的定标精度、光谱检测的准确性和稳定性。本实用新型定位准确、牢固，安装便捷、快速、气密性高，大大缩短了实验时间。

Description

一种激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置

技术领域

本实用新型涉及一种固体试样的快速装卡装置，特别是一种使用激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，属于光谱分析检测设备技术领域。

背景技术

在钢铁冶炼过程中，对钢材主要化学成分的检测关系到判断钢材的质量和计算冶炼成本，是炼钢生产组织的核心。在冶炼流程中，炼钢初炼炉、精炼炉、中间包和结晶器均存在成分检测环节，为实现炼钢系统的自动化控制，提高炼钢控制水平和钢水质量，都需要对钢铁成分快速检测分析。目前钢厂成分检测常用设备有火花直读光谱、荧光光谱、CS仪、元素分析仪等，对应常用检测样品分别为表面磨铣平滑处理过样品、压片/熔片后的圆饼、碎屑状样品，对这些样品的检测基本都需要经过取样、制样和离线检测平台的分析。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术具有可检测固液汽、无需制样、分析时间短、实时性强、微损、快检、非接触测量等优点，在冶金领域有广泛的应用价值。目前在LIBS检测钢铁成分的应用中，大多集中在炼钢中取出的固体试样、炉渣、粉状试样检测，在这些固体检测过程中，非金属检测又需要惰性气体环境保护，样品台样式各异，能否低成本、高集成、便捷、高效地在保持惰性气体氛围中实现样品的快速更换、装卡，就是制约LIBS检测准确性的关键所在。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，这种装卡装置可以对待测试样进行准确夹持，实现每次样品激发面位置固定、入射光路和采集光路与激发点角度及距离一致，保证每次激发得到的功率密度一致，避免人为调整带来的误差，提高同系列试样的定标精度以及光谱检测的准确性和稳定性。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，它包括底座法兰、样品仓、光通道法兰、调整螺栓，光通道法兰通过液氮冷装方式安装到LIBS光路部分的光通道边缘，与光通道紧紧相连，样品仓为圆筒体，样品仓内孔中放置样品，样品待测面与样品仓前端平齐，底座法兰由法兰盘和套筒组成，法兰盘与套筒同心，套筒连接在法兰盘的一侧，套筒的内孔直径与样品仓外径相匹配，样品仓的后端插在套筒内，套筒的侧壁有顶丝孔，顶丝穿过顶丝孔与样品仓外壁表面顶紧，底座法兰的法兰盘与光通道法兰的法兰盘通过固定销轴孔和固定销轴相对连接定位，底座法兰和光通道法兰的法兰盘圆周边缘分别有两个相对的卡槽，两个相对的卡槽分别位于底座法兰和光通道法兰的法兰盘的一条直径两端，两个调整螺栓分别通过底座法兰和光通道法兰两侧的相对的卡槽将底座法兰和光通道法兰的两侧相连接。

上述激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，所述底座法兰的法兰盘的外侧盘面上有两个固定销轴孔，固定销轴孔分别在底座法兰的法兰盘的一条直径上相对，光通道法兰的法兰盘外侧盘面上有两个垂直于光通道法兰的法兰盘面的固定销轴，光通道法兰的固定销轴与底座法兰的固定销轴孔相对应。

上述激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，所述调整螺栓包括螺栓杆体、滑块、弹簧、弹簧座、手柄，滑块、弹簧、弹簧座5、手柄分别有内孔，滑块、弹簧、弹簧座、手柄通过内孔依次套装在螺栓杆体上，滑块、弹簧、弹簧座的内孔直径分别大于螺栓杆体的外径，手柄的内孔中有螺纹与螺栓杆体的螺纹相匹配。

上述激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，所述调整螺栓的螺栓杆体上有定位槽，定位槽为沿着螺栓杆体的长度方向的长槽，滑块的侧壁上有垂直于螺栓杆体的螺孔，定位螺栓13穿过滑块上的螺孔顶在螺栓杆体的定位槽内。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的样品仓可放置并固定各种规格固体试样，保证试样待测面与样品仓前端平齐，确保每次实验激发的功率密度一致，提高同系列试样的定标精度、光谱检测的准确性和稳定性。

本实用新型将样品安装进样品仓之后，样品仓用顶丝即可固定在底座法兰中，安装简单、牢固并可根据光通道的实际焦点位置前后动态调节，耦合效率达到最大。

本实用新型底座法兰与光通道法兰之间通过两个固定销轴与两个固定销轴孔配合在一起，精确定位，将调整螺栓上的各组件安装好之后，仅需将两个调整螺栓卡在对应的两个卡槽中即可完成待测固体试样装卡。手柄既可方便装卡，也可根据实际应用旋紧、旋松调整。

本实用新型定位准确、牢固，安装便捷、快速，气密性高，实用性、集成度、通用性好，大大缩短实验时间。

本实用新型配套安装在密闭光路中，可实现快速、便捷的更换试样，快速装卡，保证一定压力的惰性气体氛围，用于提高各元素的检测限。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是底座法兰和样品仓的结构示意图；

图3是光通道法兰的结构示意图；

图4是调整螺栓的结构示意图。

图中标记如下：底座法兰1、样品仓2、光通道法兰3、顶丝孔4、固定销轴孔5、卡槽6、套筒7、固定销轴8、调整螺栓9、销钉10、定位槽11、滑块12、定位螺栓13、弹簧14、弹簧座15、手柄16、光通道17。

具体实施方式

本实用新型由底座法兰1、样品仓2、光通道法兰3、调整螺栓9组成。

图1显示，光通道法兰3通过液氮冷装方式安装到LIBS光路部分的光通道17边缘，与光通道17紧紧相连。这种安装方式紧固性好、定位性高、不易变形。所述样品仓2中用于放置各种规格固体样品，并可保证样品待测面与样品仓2前端平齐，实现每次样品激发面位置固定、入射光路和采集光路与激发点角度及距离一致，保证每次激发得到的功率密度一致，避免人为调整带来的误差，提高同系列试样的定标精度以及光谱检测的准确性和稳定性。

图1显示，底座法兰1的法兰盘与光通道法兰3的法兰盘通过固定销轴孔5和固定销轴8相对连接。底座法兰1和光通道法兰3的法兰盘圆周边缘分别有两个相对的卡槽6，两个相对的卡槽6分别在底座法兰1和光通道法兰3的法兰盘的一条直径两端，两个调整螺栓9分别通过相对的卡槽6将底座法兰1和光通道法兰3相连接。

图2显示，样品仓2为圆筒体，样品仓2内孔中放置样品，样品待测面与所述样品仓2前端平齐。固体试样可以为直读光谱标样、炼钢实时取样、荧光光谱圆饼样、炼钢辅料不规则固体样、煤炭固体样以及钢厂中其他各种不规则固体试样。

图2显示，底座法兰1由法兰盘和套筒7组成，法兰盘与套筒7同心，套筒7连接在法兰盘的一侧，套筒7的内孔直径与样品仓2外径相匹配，样品仓2的后端插在套筒7内，套筒7的侧壁有顶丝孔4，顶丝穿过顶丝孔4与样品仓2外壁表面顶紧。实际工作中根据光路部分的焦点位置调整所述样品仓2的前后位置，然后利用顶丝伸入所述顶丝孔4固定样品仓2，这种结构便于调整所述样品仓2伸入套筒7的多少，从而使样品待测面更精确的位于焦点位置，更高效地激发试样获得等离子体信号。

图2、3显示，底座法兰1的法兰盘的外侧盘面上有两个固定销轴孔5，固定销轴孔5分别在底座法兰1的法兰盘中心的两侧相对，即在法兰盘的同一条直径上，距离法兰盘中心等距。光通道法兰3的法兰盘外侧盘面上有两个垂直于光通道法兰3的法兰盘面的固定销轴8，光通道法兰3的固定销轴8与底座法兰1的固定销轴孔5相对应。底座法兰1与光通道法兰3相连接时，两个法兰盘的外侧盘面相对，光通道法兰3上的固定销轴8插入到底座法兰1的固定销轴孔5中，将两个法兰连接定位。

图1、4显示，底座法兰1和光通道法兰3由两个调整螺栓9通过卡槽6固定连接。调整螺栓9由螺栓杆体、滑块12、弹簧14、弹簧座15、手柄16组成。滑块12、弹簧14、弹簧座15、手柄16分别有内孔，滑块12、弹簧14、弹簧座15、手柄16通过内孔依次套装在螺栓杆体上。滑块12、弹簧14、弹簧座15的内孔直径分别大于螺栓杆体的外径，手柄16的内孔中有螺纹与螺栓杆体的螺纹相匹配。连接底座法兰1和光通道法兰3时，转动手柄16，手柄16沿着螺栓杆体的螺纹移动，手柄16通过弹簧座15压紧弹簧14，弹簧14推动滑块12压紧在底座法兰1的盘面后面，使底座法兰1和光通道法兰3紧密接触，达到连接固定的目的，手柄16可根据实际应用进行旋紧旋松调整。

图1、3、4显示，在光通道法兰3的卡槽6两侧的法兰盘圆周侧面上分别有销钉孔，销钉孔与卡槽6垂直相对，调整螺栓9的螺栓杆体进入卡槽6后用销钉10从销钉孔对卡槽6中的螺栓杆体进行固定，调整螺栓9通过销钉固定在光通道法兰上并可转动，自由转动用于快速装卡样品仓到光通道部分。

图4显示，调整螺栓9的螺栓杆体上有定位槽11，定位槽11为沿着螺栓杆体的长度方向的长槽，滑块12的侧壁上有垂直于螺栓杆体的螺孔，定位螺栓13穿过滑块12上的螺孔顶在螺栓杆体的定位槽11内，使滑块12只能沿着螺栓杆体的长度方向移动，防止滑块12在调整螺栓9的螺栓杆体上转动。

本实用新型的结构设计简单、固定性好、操作性强，可快速更换样品，充分保证两个法兰之间密闭性，确保整个光路结构的惰性气体环境。

本实用新型的使用过程如下：

将光通道法兰3冷装在LIBS光学通道光路结构上，固定好。

将滑块12、定位螺栓13、弹簧14、弹簧座15、手柄16安装到调整螺栓9的螺栓杆体上。

取一个直读光谱圆柱体标样，底面直径Φ=35mm，高40mm，将试样放入样品仓2，使得待测面（圆底面）与样品仓2前端平齐然后固定待测试样。

将样品仓2放入底座法兰1的套筒7中，用顶丝旋转进顶丝孔4固定样品仓2。

将底座法兰1与光通道法兰3之间通过两个固定销轴8与两个固定销轴孔5配合在一起，精确定位；调整螺栓9上的各组件安装好之后，将两个调整螺栓9的螺栓杆体卡在底座法兰1与光通道法兰3对应的两个卡槽6中即可完成待测固体试样装卡，手柄16根据实际应用旋紧、旋松调整。

利用脉冲激光器发出激光，观察光学通道光路结构的焦点位置，判断样品仓2位置是否合理；如果需要调整，可以拉出底座法兰1，松开顶丝，调整样品仓2的前后位置，再固定样品仓2；将底座法兰1整体安装进光通道法兰3，打开激光器、光谱仪，发出激光激发样品并进行谱线读取及处理。

Claims (4)

1.一种激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，其特征在于：它包括底座法兰（1）、样品仓（2）、光通道法兰（3）、调整螺栓（9），光通道法兰（3）通过液氮冷装方式安装到LIBS光路部分的光通道（17）边缘，与光通道（17）紧紧相连，样品仓（2）为圆筒体，样品仓（2）内孔中放置样品，样品待测面与样品仓（2）前端平齐，底座法兰（1）由法兰盘和套筒（7）组成，法兰盘与套筒（7）同心，套筒（7）连接在法兰盘的一侧，套筒（7）的内孔直径与样品仓（2）外径相匹配，样品仓（2）的后端插在套筒（7）内，套筒（7）的侧壁有顶丝孔（4），顶丝穿过顶丝孔（4）与样品仓（2）外壁表面顶紧，底座法兰（1）的法兰盘与光通道法兰（3）的法兰盘通过固定销轴孔（5）和固定销轴（8）相对连接定位，底座法兰（1）和光通道法兰（3）的法兰盘圆周边缘分别有两个相对的卡槽（6），两个相对的卡槽（6）分别位于底座法兰（1）和光通道法兰（3）的法兰盘的一条直径两端，两个调整螺栓（9）分别通过底座法兰（1）和光通道法兰（3）两侧的相对的卡槽（6）将底座法兰（1）和光通道法兰（3）的两侧相连接。

2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，其特征在于：所述底座法兰（1）的法兰盘的外侧盘面上有两个固定销轴孔（5），固定销轴孔（5）分别在底座法兰（1）的法兰盘的一条直径上相对，光通道法兰（3）的法兰盘外侧盘面上有两个垂直于光通道法兰（3）的法兰盘面的固定销轴（8），光通道法兰（3）的固定销轴（8）与底座法兰（1）的固定销轴孔（5）相对应。

3.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，其特征在于：所述调整螺栓（9）包括螺栓杆体、滑块（12）、弹簧（14）、弹簧座（15）、手柄（16），滑块（12）、弹簧（14）、弹簧座（15）、手柄（16）分别有内孔，滑块（12）、弹簧（14）、弹簧座（15）、手柄（16）通过内孔依次套装在螺栓杆体上，滑块（12）、弹簧（14）、弹簧座（15）的内孔直径分别大于螺栓杆体的外径，手柄（16）的内孔中有螺纹与螺栓杆体的螺纹相匹配。

4.根据权利要求3所述的激光诱导击穿光谱固体试样的快速装卡装置，其特征在于：所述调整螺栓（9）的螺栓杆体上有定位槽（11），定位槽（11）为沿着螺栓杆体的长度方向的长槽，滑块（12）的侧壁上有垂直于螺栓杆体的螺孔，定位螺栓（13）穿过滑块（12）上的螺孔顶在螺栓杆体的定位槽（11）内。