基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法，屬于原子發(fā)射光譜測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)將固體樣品的破碎、壓制成型、檢測(cè)、退樣四個(gè)過(guò)程利用傳送單元連接起來(lái)，并且利用控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)固體樣品的自動(dòng)連續(xù)在線測(cè)量；利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元采集到的光譜信號(hào)通過(guò)集成在數(shù)據(jù)分析模塊里的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型進(jìn)行分析，從而得到實(shí)時(shí)的固體樣品特性檢測(cè)結(jié)果。該系統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)固體樣品的激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線分析，有利于推動(dòng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室分析向工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。
【專利說(shuō)明】基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法，屬于原子發(fā)射光譜測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser-1nducedbreakdown spectroscopy，簡(jiǎn)稱 LIBS)，又稱激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)，是二十世紀(jì)后期發(fā)展起來(lái)的一種全新的物質(zhì)元素分析技術(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的工作原理是:強(qiáng)激光脈沖作用下，樣品表面的物質(zhì)被激發(fā)成為等離子體并迅速衰減，在衰減過(guò)程中輻射出特定頻率的光子，產(chǎn)生特征譜線，其頻率和強(qiáng)度信息包含了分析對(duì)象的元素種類和濃度信息。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)運(yùn)行成本低，測(cè)量速度快，具有高靈敏度、無(wú)需或者需要很少的樣品預(yù)處理和實(shí)現(xiàn)多元素測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，并且無(wú)輻射危害，在工業(yè)生產(chǎn)中具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?br> [0003]但是，由于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的激光作用點(diǎn)很小，燒蝕物質(zhì)的量很少，對(duì)于不均勻，各向異性的物質(zhì)基體效應(yīng)非常明顯；同時(shí)，激光能量的波動(dòng)，等離子體溫度、電子密度等物理參數(shù)的不同導(dǎo)致激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)測(cè)量的重復(fù)精度較低；另外，環(huán)境參數(shù)的影響以及儀器內(nèi)部元器件本身的電子噪聲等都易對(duì)LIBS產(chǎn)生干擾；因此利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)直接測(cè)量樣品的測(cè)量精度不能得到保證，限制了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。
[0004]如果直接對(duì)塊狀固體樣品進(jìn)行測(cè)量，由于固體表面不夠平整，而且表面不能完全代表樣品整體，所以需要對(duì)固體樣品進(jìn)行破碎，研磨成固體粉末并且混合均勻，使得LIBS采樣更具代表性；但是直接對(duì)固體粉末進(jìn)行測(cè)量，由于粉末飛濺導(dǎo)致測(cè)量的不確定性非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足定量分析的需要；對(duì)樣品做簡(jiǎn)單的預(yù)處理，例如通過(guò)對(duì)樣品粉末壓制成型可以增加激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)測(cè)量的重復(fù)性，降低基體效應(yīng)的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法，對(duì)塊狀固體樣品在線進(jìn)行研磨、壓制的預(yù)處理，使得固體樣品更均勻，表面更平整，降低激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線測(cè)量的不確定度，推動(dòng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜由實(shí)驗(yàn)室分析想工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)包括固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、傳送單元、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元、退樣單元以及控制單元；激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元含有入射模塊、光信號(hào)接收模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊，入射模塊含有脈沖激光器和聚焦透鏡；光信號(hào)接收模塊含有采集透鏡、光纖和光譜儀；
[0008]傳送單元含有驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳送帶或傳送圓盤；在傳送帶或傳送圓盤上等間距布置有至少8個(gè)長(zhǎng)條形樣品槽，在傳送圓盤上等間距布置4個(gè)圓弧狀條形樣品槽，樣品槽穿過(guò)傳送帶或傳送圓盤；在傳送帶或傳送圓盤的下方設(shè)有與傳送帶和傳送圓盤相對(duì)應(yīng)的樣品托板；退樣單元正下方的樣品托板上設(shè)有通孔；
[0009]樣品托板上裝有觸發(fā)開關(guān)，當(dāng)傳送帶或傳送圓盤傳動(dòng)過(guò)程中觸動(dòng)觸發(fā)開關(guān)時(shí)，所述的相鄰的四個(gè)樣品槽分別對(duì)應(yīng)固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元和退樣單元；
[0010]控制單元通過(guò)控制線路分別與觸發(fā)開關(guān)、固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、脈沖激光器、光譜儀和退樣單元相連接。
[0011]本發(fā)明所述的固體粉末采樣單元含有球磨機(jī)、射流泵和旋風(fēng)分離器，球磨機(jī)與射流泵和旋風(fēng)分離器依次通過(guò)管路相連，所述的控制單元通過(guò)控制線路分別與球磨機(jī)、射流泵和旋風(fēng)分離器相連接。
[0012]本發(fā)明所述的固體粉末制樣單元與激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元之間安裝有負(fù)壓除粉裝置，負(fù)壓除粉裝置安裝在傳送帶或傳送圓盤上方5cm-10cm處；負(fù)壓除粉裝置入口為倒置的漏斗。
[0013]本發(fā)明所述的樣品托板與傳送帶或傳送圓盤之間留有縫隙，縫隙的間隙為3mm-5mm0
[0014]本發(fā)明所述的傳送帶上長(zhǎng)條形樣品槽長(zhǎng)度為10cm-15cm，寬度為2cm_3cm ;傳送帶上相鄰兩個(gè)樣品槽的中心距離為30cm-50cm ;傳送帶下方的樣品托板厚度為2cm_3cm ;傳送圓盤上圓弧狀條形樣品槽長(zhǎng)度為8cm-10cm ;傳送圓盤直徑為80cm-120cm，傳送圓盤上相鄰兩個(gè)樣品槽中心距離為20cm-30cm ;傳送圓盤下方的圓形樣品托板直徑與傳送圓盤直徑相同，厚度為2cm_3cm。
[0015]本發(fā)明所述的退樣單元正下方樣品托板上的通孔直徑大于樣品槽直徑。
[0016]本發(fā)明所述的固體粉末制樣單元和退樣單元均為粉末壓片機(jī)，粉末壓片機(jī)下端與樣品片接觸部分的形狀和尺寸與樣品槽的形狀和尺寸相同。
[0017]本發(fā)明所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0018]1)所述系統(tǒng)在控制單元的控制下，傳送單元首先開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)樣品槽被傳送單元傳送到固體粉末采樣單元的正下方時(shí)，由觸發(fā)開關(guān)向控制單元發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，傳送單元停止傳動(dòng)；
[0019]2)塊狀的固體樣品經(jīng)過(guò)固體粉末采樣單元破碎至0.2mm-0.5mm的粒徑，得到固體粉末樣品；固體粉末樣品在重力作用下流入樣品槽；
[0020]3)樣品槽被固體粉末樣品填滿后，傳送單元再次運(yùn)轉(zhuǎn)，固體粉末樣品經(jīng)過(guò)傳送單元輸送到固體粉末制樣單元正下方被壓制成樣品片，在壓制過(guò)程中傳送單元停止傳動(dòng)；
[0021]4)傳送單元繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品片被傳送單元傳送到激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元正下方準(zhǔn)備檢測(cè)；在檢測(cè)過(guò)程中傳送單元繼續(xù)傳動(dòng)；脈沖激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡聚焦后，擊打到樣品片表面產(chǎn)生等離子體，樣品片隨著傳送單元在水平面內(nèi)移動(dòng)，使得等離子體產(chǎn)生在樣品片表面的不同位置處；等離子體發(fā)出的輻射光信號(hào)透過(guò)采集透鏡，然后通過(guò)光纖進(jìn)入光譜儀得到光譜信號(hào)，光譜信號(hào)被輸入數(shù)據(jù)分析模塊并且利用數(shù)據(jù)分析模塊中集成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型計(jì)算得到固體樣品特性的測(cè)量值；
[0022]5)樣品片檢測(cè)完畢后，傳送單元繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品片由傳送單元傳送到退樣單元，由退樣單元將樣品片壓出至回收桶留存或回收利用；
[0023]重復(fù)步驟1)至步驟5)使系統(tǒng)循環(huán)連續(xù)運(yùn)行，每次傳動(dòng)停止的時(shí)間間隔為3min-10min,從而實(shí)現(xiàn)固體樣品在線測(cè)量。
[0024]本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)分析模塊中集成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型采用單變量模型、偏最小二乘法模型、基于主導(dǎo)因素結(jié)合偏最小二乘法模型、基于光譜標(biāo)準(zhǔn)化的定量分析模型以及基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法的定量分析模型中的任一種。
[0025]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果:
[0026]本發(fā)明通過(guò)對(duì)塊狀固體樣品進(jìn)行研磨和壓制成型的預(yù)處理，使得待測(cè)樣品更加均勻，更具代表性，同時(shí)樣品的表面更加平整、密實(shí)，降低了激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)量的不確定度，通過(guò)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)使得固體樣品的采樣、制樣和測(cè)量能夠在無(wú)人值守的情況下連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)塊狀固體樣品的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明的傳送盤上樣品槽的布置圖(俯視圖)。
[0029]圖3是本發(fā)明的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)補(bǔ)充示意圖。
[0030]圖4是本發(fā)明的激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)量單元示意圖。
[0031]圖中:1一固體粉末采樣單元；2—固體粉末制樣單元；3—激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單兀；4一退樣單兀；5—控制單兀；6—脈沖激光器；7—聚焦透鏡；8—米集透鏡；9一光纖；10—光譜儀；11 一數(shù)據(jù)分析模塊；12—傳動(dòng)電機(jī)；13—傳送帶；14一傳送圓盤；15—樣品槽；16—樣品托板；18—觸發(fā)開關(guān)；20—樣品片；21—等尚子體；22—回收桶；23—球磨機(jī)；24—射流泵；25—旋風(fēng)分離器；26—負(fù)壓除粉裝置；27—通孔。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)包括固體粉末采樣單元1、固體粉末制樣單元2、傳送單元、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元3、退樣單元4以及控制單元5 ；
[0034]在加以改進(jìn)的情況下，如圖3所示，固體粉末采樣單元含有球磨機(jī)23、射流泵24和旋風(fēng)分離器25，球磨機(jī)與射流泵和旋風(fēng)分離器依次通過(guò)管路相連，所述的控制單元通過(guò)控制線路分別與球磨機(jī)、射流泵和旋風(fēng)分離器相連接。
[0035]激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元含有入射模塊、光信號(hào)接收模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊11，入射模塊含有脈沖激光器6和聚焦透鏡7 ;光信號(hào)接收模塊含有采集透鏡8、光纖9和光譜儀10 ；
[0036]固體粉末制樣單元和退樣單元均為粉末壓片機(jī)；固體粉末制樣單元與激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元之間安裝有負(fù)壓除粉裝置26，負(fù)壓除粉裝置安裝在傳送帶或傳送圓盤上方5cm-10cm處；負(fù)壓除粉裝置入口為倒置的漏斗。
[0037]傳送單元含有驅(qū)動(dòng)電機(jī)12和傳送帶13或傳送圓盤14(如圖2所示);在傳送帶或傳送圓盤上等間距布置有至少8個(gè)長(zhǎng)條形樣品槽15，在傳送圓盤上等間距布置4個(gè)圓弧狀條形樣品槽，樣品槽穿過(guò)傳送帶或傳送圓盤；在傳送帶或傳送圓盤的下方設(shè)有與傳送帶和傳送圓盤相對(duì)應(yīng)的樣品托板16 ;退樣單元正下方的樣品托板上設(shè)有通孔27 ;退樣單元正下方樣品托板上的通孔直徑大于樣品槽直徑。
[0038]樣品托板與傳送帶或傳送圓盤之間留有縫隙以避免樣品托板和傳送單元的磨損，縫隙的間隙為3mm-5_ ;傳送帶上長(zhǎng)條形樣品槽長(zhǎng)度為10cm_15cm，寬度為2cm_3cm ;傳送帶上相鄰兩個(gè)樣品槽的中心距離為30cm-50cm ;傳送帶下方的樣品托板厚度為2cm_3cm ;傳送圓盤上圓弧狀條形樣品槽長(zhǎng)度為8cm-10cm，寬度為2cm-3cm ;樣品槽的邊緣為光滑的圓弧，便于壓制成型和退樣；傳送圓盤直徑為80cm-120cm，傳送圓盤上相鄰兩個(gè)樣品槽中心距離為20cm-30cm ;傳送圓盤下方的圓形樣品托板直徑與傳送圓盤直徑相同，厚度為2cm_3cm。
[0039]樣品托板上裝有觸發(fā)開關(guān)18，當(dāng)傳送帶或傳送圓盤傳動(dòng)過(guò)程中觸動(dòng)觸發(fā)開關(guān)時(shí)，所述的相鄰的四個(gè)樣品槽分別對(duì)應(yīng)固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元和退樣單元。
[0040]控制單元通過(guò)控制線路分別與觸發(fā)開關(guān)、固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、脈沖激光器、光譜儀和退樣單元相連接。
[0041]固體粉末制樣單元和退樣單元均為粉末壓片機(jī)，如圖1及圖3所示，粉末壓片機(jī)下端與樣品片接觸部分的形狀和尺寸與樣品槽的形狀和尺寸相同；即對(duì)應(yīng)傳送帶上的條形樣品槽，粉末壓片機(jī)下端為條形，對(duì)應(yīng)傳送圓盤上的圓弧狀條形，粉末壓片機(jī)下端也為圓弧狀條形，使得粉末壓片機(jī)下端能完全嵌入樣品槽。
[0042]本發(fā)明所提供的一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0043]1)所述系統(tǒng)在控制單元的控制下，傳送單元首先開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)樣品槽被傳送單元傳送到固體粉末采樣單元的正下方時(shí)，由觸發(fā)開關(guān)向控制單元發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，傳送單元停止傳動(dòng)；
[0044]2)塊狀的固體樣品經(jīng)過(guò)固體粉末采樣單元破碎至0.2mm-0.5mm的粒徑，得到固體粉末樣品；固體粉末樣品在重力作用下流入樣品槽；
[0045]3)樣品槽被固體粉末樣品填滿后，傳送單元再次運(yùn)轉(zhuǎn)，固體粉末樣品經(jīng)過(guò)傳送單元輸送到固體粉末制樣單元正下方被壓制成樣品片20，在壓制過(guò)程中傳送單元停止傳動(dòng)；
[0046]4)傳送單元繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品片被傳送單元傳送到激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元正下方準(zhǔn)備檢測(cè)；在檢測(cè)過(guò)程中傳送單元繼續(xù)傳動(dòng)，通過(guò)控制傳送單元的傳動(dòng)速度進(jìn)而確定在樣品片上擊打的激光脈沖數(shù)量；如圖4所示，脈沖激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡聚焦后，擊打到樣品片表面產(chǎn)生等離子體21，樣品片隨著傳送單元在水平面內(nèi)移動(dòng)，使得等離子體產(chǎn)生在樣品片表面的不同位置處；等離子體發(fā)出的輻射光信號(hào)透過(guò)采集透鏡，然后通過(guò)光纖進(jìn)入光譜儀得到光譜信號(hào)，光譜信號(hào)被輸入數(shù)據(jù)分析模塊并且利用數(shù)據(jù)分析模塊中集成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型計(jì)算得到固體樣品特性的測(cè)量值；數(shù)據(jù)分析模塊中集成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型采用單變量模型，偏最小二乘法模型，基于主導(dǎo)因素結(jié)合偏最小二乘法模型(專利:一種基于主導(dǎo)因素結(jié)合偏最小二乘法的煤質(zhì)在線檢測(cè)方法；專利號(hào):201010536981.3)，基于光譜標(biāo)準(zhǔn)化的定量分析模型(專利:基于激光誘導(dǎo)等離子體發(fā)射光譜標(biāo)準(zhǔn)化的元素測(cè)量方法；專利號(hào):201110218408.2)以及基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法的定量分析模型(專利:一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤質(zhì)特性在線測(cè)量方法；專利號(hào):201010537027.6)中的任一種。
[0047]需要注意的是，固體粉末樣品被壓縮成樣品片后，樣品片的上表面低于傳送單元上表面，因此對(duì)于壓縮性能差異不大的固體樣品，由于樣品片表面與聚焦透鏡距離以及采集透鏡角度導(dǎo)致的誤差不是很明顯；而對(duì)于壓縮性能差異較大的固體樣品，則需要在激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元引入自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，以避免樣品片厚度不同導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
[0048]5)樣品片檢測(cè)完畢后，傳送單元繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品片由傳送單元傳送到退樣單元，由退樣單元將樣品片壓出至回收桶22留存或回收利用；
[0049]重復(fù)步驟1)至步驟5)使系統(tǒng)循環(huán)連續(xù)運(yùn)行，每次傳動(dòng)停止的時(shí)間間隔為3min-10min,從而實(shí)現(xiàn)固體樣品在線測(cè)量。
[0050]本發(fā)明的工作原理為:
[0051]激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是指當(dāng)強(qiáng)脈沖激光經(jīng)過(guò)聚焦照射到樣品上時(shí)，樣品會(huì)在瞬間被氣化成高溫、高密度的等離子體，處于激發(fā)態(tài)的等離子體會(huì)對(duì)外釋放出不同的射線。等離子體發(fā)射光譜譜線對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和強(qiáng)度分別反映所測(cè)對(duì)象中的組成元素和其濃度大小。該技術(shù)具有檢測(cè)靈敏度高，成本較低，可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行分析等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)在實(shí)時(shí)在線檢測(cè)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。
[0052]由于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)固體樣品的測(cè)量的不確定度受樣品形態(tài)的影響很大，實(shí)驗(yàn)室的研宄表明，對(duì)粉末樣品壓片能夠有效提高激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)量的重復(fù)性，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從塊狀固體樣品到粉末樣品壓片并用于激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)量的系統(tǒng)，結(jié)合集成在數(shù)據(jù)分析模塊里的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型，實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的在線應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括固體粉末采樣單元(I)、固體粉末制樣單元(2)、傳送單元、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元(3)、退樣單元⑷以及控制單元(5)； 激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元含有入射模塊、光信號(hào)接收模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊(11)，入射模塊含有脈沖激光器(6)和聚焦透鏡(7);光信號(hào)接收模塊含有采集透鏡(8)、光纖(9)和光譜儀(10)； 傳送單元含有驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)和傳送帶(13)或傳送圓盤(14);在傳送帶上等間距布置有至少8個(gè)長(zhǎng)條形樣品槽(15)，在傳送圓盤上等間距布置4個(gè)圓弧狀條形樣品槽，樣品槽穿過(guò)傳送帶或傳送圓盤；在傳送帶或傳送圓盤的下方設(shè)有與傳送帶和傳送圓盤相對(duì)應(yīng)的樣品托板(16);退樣單元正下方的樣品托板上設(shè)有通孔(27); 樣品托板上裝有觸發(fā)開關(guān)(18)，當(dāng)傳送帶或傳送圓盤傳動(dòng)過(guò)程中觸動(dòng)觸發(fā)開關(guān)時(shí)，所述的相鄰的四個(gè)樣品槽分別對(duì)應(yīng)固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元和退樣單元； 控制單元通過(guò)控制線路分別與觸發(fā)開關(guān)、固體粉末采樣單元、固體粉末制樣單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、脈沖激光器、光譜儀和退樣單元相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:固體粉末采樣單元含有球磨機(jī)(23)、射流泵(24)和旋風(fēng)分離器(25)，球磨機(jī)與射流泵和旋風(fēng)分離器依次通過(guò)管路相連，所述的控制單元通過(guò)控制線路分別與球磨機(jī)、射流泵和旋風(fēng)分離器相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:固體粉末制樣單元與激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元之間安裝有負(fù)壓除粉裝置(26)，負(fù)壓除粉裝置安裝在傳送帶或傳送圓盤上方5cm-10cm處；負(fù)壓除粉裝置入口為倒置的漏斗。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:樣品托板(16)與傳送帶或傳送圓盤之間留有縫隙，縫隙的間隙為3-5mm。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:傳送帶上長(zhǎng)條形樣品槽長(zhǎng)度為10cm-15cm，寬度為2cm_3cm ;傳送帶上相鄰兩個(gè)樣品槽的中心距離為30cm-50cm ;傳送帶下方的樣品托板厚度為2cm_3cm ;傳送圓盤上圓弧狀條形樣品槽長(zhǎng)度為8cm_10cm，寬度為2cm_3cm ;傳送圓盤直徑為80cm-120cm，相鄰兩個(gè)樣品槽中心距離為20cm-30cm;傳送圓盤下方的圓形樣品托板直徑與傳送圓盤直徑相同，厚度為 2cm_3cm0
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:退樣單元正下方樣品托板上的通孔直徑大于樣品槽的長(zhǎng)度。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:固體粉末制樣單元和退樣單元均為粉末壓片機(jī)，粉末壓片機(jī)下端與樣品片接觸部分的形狀和尺寸與樣品槽的形狀和尺寸相同。
8.一種采用如權(quán)利要求1、2或3所述系統(tǒng)的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)方法，其特征在于該方法包括如下步驟: I)所述系統(tǒng)在控制單元的控制下，傳送單元首先開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)樣品槽被傳送單元傳送到固體粉末采樣單元的正下方時(shí)，由觸發(fā)開關(guān)向控制單元發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，傳送單元停止傳動(dòng)； 2)塊狀的固體樣品經(jīng)過(guò)固體粉末采樣單元破碎至0.2mm-0.5mm的粒徑，得到固體粉末樣品；固體粉末樣品在重力作用下流入樣品槽； 3)樣品槽被固體粉末樣品填滿后，傳送單元再次運(yùn)轉(zhuǎn)，固體粉末樣品經(jīng)過(guò)傳送單元輸送到固體粉末制樣單元正下方被壓制成樣品片(20)，在壓制過(guò)程中傳送單元停止傳動(dòng)； 4)傳送單元繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品片被傳送單元傳送到激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)單元正下方準(zhǔn)備檢測(cè)；在檢測(cè)過(guò)程中傳送單元繼續(xù)傳動(dòng)；脈沖激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡聚焦后，擊打到樣品片表面產(chǎn)生等離子體(21)，樣品片隨著傳送單元在水平面內(nèi)移動(dòng)，使得等離子體產(chǎn)生在樣品片表面的不同位置處；等離子體發(fā)出的輻射光信號(hào)透過(guò)采集透鏡，然后通過(guò)光纖進(jìn)入光譜儀得到光譜信號(hào)，光譜信號(hào)被輸入數(shù)據(jù)分析模塊并且利用數(shù)據(jù)分析模塊中集成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型計(jì)算得到固體樣品特性的測(cè)量值； 5)樣品片檢測(cè)完畢后，傳送單元繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品片由傳送單元傳送到退樣單元，由退樣單元將樣品片壓出至回收桶(22)留存或回收利用； 重復(fù)步驟I)至步驟5)使系統(tǒng)循環(huán)連續(xù)運(yùn)行，每次傳動(dòng)停止的時(shí)間間隔為3min-10min，從而實(shí)現(xiàn)固體樣品在線測(cè)量。
9.如權(quán)利要求8所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的固體樣品在線檢測(cè)方法，其特征在于:數(shù)據(jù)分析模塊中集成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析模型采用單變量模型、偏最小二乘法模型、基于主導(dǎo)因素結(jié)合偏最小二乘法模型、基于光譜標(biāo)準(zhǔn)化的定量分析模型以及基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法的定量分析模型中的任一種。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK104458666SQ201410853091
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】王哲, 袁廷璧, 侯宗余, 李政, 倪維斗 申請(qǐng)人:清華大學(xué)