用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)自動測量技術領域，具體為一種用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前物質元素檢測方法主要有化學分析法、X射線熒光光譜分析法和γ射線中子活化分析法。化學分析法操作繁瑣，耗時較長；χ射線熒光光譜分析法測量需取樣及一系列的樣品預處理，且X射線對人體有輻射危害；γ射線中子活化分析法由于采用放射源，不僅有放射性危害，且日常管理嚴格，維護成本較高。激光誘導擊穿光譜(Laser-1nducedbreakdown spectroscopy, LIBS)檢測技術具有分析速度快、無接觸、多元素同時測量、無輻射、成本低及安裝簡易等特點，適用于對輸料管道中工業(yè)固體粉末成分的在線檢測。
[0003]經(jīng)檢索，目前國際上尚無利用LIBS技術對氣粉混合物料進行檢測的報道。在利用LIBS進行物料在線檢測方面，以色列Laser Distance Spectroscopy公司所研制的LIBS在線分析儀最具代表性，它可以在線測量物料傳送帶上的礦石原料成分，但由于礦石原料的外形、密度等差異，導致每個激光脈沖的作用位置和基底都會發(fā)生變化，從而降低了測量精度，限制了該產(chǎn)品的推廣應用。針對上述問題，本方案提出了一種為LIBS工業(yè)固體粉末檢測設備供給均勻連續(xù)氣粉混合樣品的取樣方法及裝置。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決激光誘導檢測技術應用于工業(yè)生產(chǎn)中對固體粉末進行在線檢測時無法均勻連續(xù)取樣的難題，提供了一種用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣裝置及方法。相應裝置包括取樣管道、射流閥、氣體震動器、測量室、防塵系統(tǒng)和粉末濃度變化測量
目.0
[0005]本發(fā)明所述的用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣裝置是采用以下技術方案實現(xiàn)的:一種用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣裝置，包括儲氣罐、連接在工業(yè)輸料管道上的采樣管道、連接在采樣管道另一端的射流閥、測量室以及回料管道；所述儲氣罐通過其上串接有第一電磁閥的第一管道與射流閥的進氣口相連接，采樣管道的另一端與射流閥的進料口相連接；測量室上開有進料口和出料口，測量室的一個側壁上還設有檢測窗口 ；射流閥的氣料出口通過管道與測量室進料口相連接，測量室出料口與回料管道連接，回料管道的另一端與工業(yè)輸料管道相連接；測量室的檢測窗口前方配有LIBS檢測裝置，測量室的結構及其與LIBS檢測裝置的位置關系保證LIBS裝置出射的激光能夠入射至射流閥的氣料出口噴射出的氣料混合樣品上并使LIBS檢測裝置采集到氣粉混合樣品中的粉末樣品發(fā)射的原子發(fā)射譜線；LIBS檢測裝置的信號輸出端連接有采集控制單元；采集控制單元的信號輸出端與第一電磁閥的控制端相連接。
[0006]本發(fā)明是針對工業(yè)輸料管道中的工業(yè)固體粉末進行取樣的裝置，裝置示意如圖1所示。本發(fā)明中所有的動力源即壓縮氣體來自工業(yè)供氣站1，供氣站I將壓縮空氣儲存于儲氣罐2中，儲氣罐2用來提供恒定壓力、氣量充足的氣體，儲氣罐2提供的第一路氣體由第一電磁閥12控制通斷，并連接到射流閥7，作為主氣路；所述射流閥7的工作原理如下，高速運動的氣流使得射流閥7的內部與外部形成壓差，從而能夠將工業(yè)固體粉末從工業(yè)輸料管道3吸入并送至測量室4中。
[0007]所述測量室4的檢測窗口 5為石英晶片材料，LIBS檢測裝置18所發(fā)射出的高能脈沖激光通過檢測窗口 5后對測量室4中的氣粉混合樣品成分進行檢測，被檢測后的工業(yè)固體粉末將被回料管道24重新送回工業(yè)輸料管道3中。
[0008]進一步的，第一管道通過第一三通與射流閥相連接，第一三通的第二端口與射流閥進氣口之間串接有濾水裝置和流量控制閥；儲氣罐通過其上設有電氣比例閥的第二管道與第一三通的第三端口相連接；還包括連續(xù)激光器、設在連續(xù)激光器出射光路上的分光片；分光片的反射光路上設有第一光電探測器；連續(xù)激光器的部分出射激光穿過分光片以及檢測窗口后入射至測量室內的氣粉混合樣品上并被散射，散射光路上設有第二光電探測器；第一、第二光電探測器的信號輸出端均與采集控制單元的信號輸入端相連接，采集控制單元的信號輸出端與電氣比例閥的控制端相連接。
[0009]第二路氣經(jīng)電氣比例閥11、第一三通10、濾水裝置9和流量控制閥8供氣給射流閥7，作為主氣路的補償氣路；所述測量室4配有連續(xù)激光器19、分光片20、第一光電探測器21和第二光電探測器22組合來反映氣粉混合濃度的相對變化并反饋調節(jié)補償氣路的氣流量大小，以保證測量室4中噴射氣粉混合樣品的均勻性，具體流程為:連續(xù)激光器19的激光被分光片20分光，小部分的反射光被第一光電探測器21探測后進入采集控制單元17，探測光強值記為P1;經(jīng)分光片20后的透射光直接照射到測量室4中由射流閥7噴射的氣粉混合樣品上，其散射光被第二光電探測器22探測，探測后的光強值記為P2;將P 2/^值與預設值進行比較，若匕/^值小于預設值，則采集控制單元17進行PID計算后通過調整電氣比例閥11的開量來增大通氣量以增加噴氣氣流，提高對管道中粉末的吸力，增大氣粉混合濃度，直到P2A31值等于預設值為止；反之，若P2A31值大于預設值，則采集控制單元17進行PID計算后通過調整電氣比例閥11的開量來減小通氣量以減少噴氣氣流，降低對管道中粉末的吸力，減小氣粉混合濃度，直到P2A31值等于預設值為止，從而保證了在線取樣的均勻性。所述的進入射流閥7的工作氣體首先經(jīng)過濾水裝置9，目的是保證進入射流閥7的工作氣體干燥，避免工業(yè)粉末在管壁板結，降低射流閥工作壽命。
[0010]進一步的，采樣管道上串連有第二三通，儲氣罐通過其上設有第二電磁閥的第三管道與第二三通的第三端口相連接；采樣管道上位于第二三通和工業(yè)輸送管道之間的位置還設有高頻氣體震動器，所述儲氣罐通過其上設有第三電磁閥的第四管道與高頻氣體震動器相連接。
[0011]第三路氣由第二電磁閥13控制通斷，第二電磁閥13出來的氣進入第二三通16 ；第四路氣由第三電磁閥14控制通斷，供氣給高頻氣體震動器15 ;采樣管道23連接工業(yè)輸料管道3和射流閥7，由射流閥7出來的工業(yè)粉末經(jīng)測量室4后再送回工業(yè)輸料管道3，形成回路。
[0012]所述第一電磁閥12、第二電磁閥13和第三電磁閥14由采集控制單元17控制通斷，進一步為本裝置各環(huán)節(jié)提供工作氣體。
[0013]所述射流閥7和工業(yè)輸料管道3之間的采樣管道上裝有偏心式的高頻氣體震動器15，以防止粉末在管壁附著，造成管道堵塞。
[0014]進一步的，測量室4還配設有用于清理檢測窗口 5的氣簾噴嘴6。
[0015]為避免檢測窗口 5被工業(yè)粉末污染，氣簾噴嘴6通入的連續(xù)高速氣流能夠對其表面進行吹掃除塵，達到清潔的目的。
[0016]本發(fā)明所述的用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣方法是采用如下技術方案實現(xiàn)的:一種用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣方法，包括以下步驟:在線取樣時，第一電磁閥首先被打開，由采樣管道對工業(yè)輸料管道中的粉末進行采樣，所采集的粉末通過以壓縮空氣為工作氣體、流量可控的射流閥后，形成氣粉混合樣品進入測量室，連續(xù)激光器、第一光電探測器和第二光電探測器開始工作，連續(xù)激光器的出射激光被分光片分光，小部分的反射光被第一光電探測器探測并轉換成相應的電信號后輸入采集控制單元，探測光強值記為P1;經(jīng)分光片后的透射光直接照射到測量室中由射流閥噴射的氣粉混合樣品上，其散射光被第二光電探測器探測并轉換成相應的電信號后輸入采集控制單元，探測后的光強值記為P2;采集控制單元將P 2/Pi值與預設值進行比較，若P 2/Pi值小于預設值，則采集控制單元進行PID計算后通過調整電氣比例閥的開量來增大通氣量以增加噴氣氣流，提高對管道中粉末的吸力，增大氣粉混合濃度，直到P2A31值等于預設值為止；反之，若己/^值大于預設值，則采集控制單元進行PID計算后通過調整電氣比例閥的開量來減小通氣量以減少噴氣氣流，降低對管道中粉末的吸力，減小氣粉混合濃度，直到P2A31值等于預設值為止；待氣粉混合樣品流量穩(wěn)定后，LIBS檢測裝置開始測量，當一個測量周期完成以后，第一電磁閥12關閉，同時第二電磁閥打開，從第二電磁閥過來的工作氣體對采樣管道進行反吹，避免上一時間段管道中的殘余粉末對下一時間段的測量造成影響，直到下一周期取樣開始；在整個工作過程中第三電磁閥一直處于打開狀態(tài)，高頻氣體震動器處于連續(xù)工作狀態(tài)。
[0017]針對現(xiàn)在工業(yè)粉末在線檢測時存在取樣盲區(qū)，本發(fā)明解決了 LIBS在線測量中存在取樣不連續(xù)、不均勻以及容易污染光學元件的關鍵技術問題，大大提高了 LIBS檢測結果的準確性。本裝置及方法以其合理、緊湊的結構實現(xiàn)了 LIBS技術在工業(yè)上對固體粉末元素含量在線檢測方面的應用。
【附圖說明】
[0018]圖1本發(fā)明所述裝置的結構示意圖。
[0019]1-供氣站，2-儲氣罐，3-工業(yè)輸料管道，4-測量室，5-檢測窗口，6_氣簾噴嘴，7-射流閥，8-流量控制閥，9-濾水裝置，10-第一三通，11-電氣比例閥，12-第一電磁閥，13-第二電磁閥，14-第三電磁閥，15-高頻氣體震動器，16-第二三通，17-采集控制單元，18-LIBS檢測裝置，19-連續(xù)激光器，20-分光片，21-第一光電探測器，22-第二光電探測器，23-采樣管道，24-回料管道，25-第一管道，26-第二管道，27-第三管道，28-第四管道。
【具體實施方式】
[0020]一種用于激光誘導檢測的均勻連續(xù)工業(yè)粉末取樣裝置，包括儲氣罐2、連接在工業(yè)輸料管道3上的采樣管道23、連接在采樣管道23另一端的射流閥7、測量室4以及回料管道24 ;所述儲氣罐2通過其上串接有第一電磁閥12的第一管道25與射流閥7的進氣口相連接，采樣管道23的另一端與射流閥7的進料口相連接；測量室4上開有進料口和出料口，測量室4的一個側壁上還設有檢測窗口 5 ;射