一種耐高溫熔體的libs接觸式探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，頂端的上部設(shè)有進(jìn)氣閥門，頂端與中端之間設(shè)有調(diào)風(fēng)環(huán)，底端的側(cè)壁設(shè)有出氣口，進(jìn)氣閥門和出氣口配合所述調(diào)風(fēng)環(huán)組成氣體循環(huán)系統(tǒng)；頂端內(nèi)設(shè)有介質(zhì)膜反射鏡，頂端的一側(cè)設(shè)有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光耦合光路，該光路正交于激光入射光路；中端內(nèi)固定有反射式望遠(yuǎn)鏡鏡筒；底端內(nèi)設(shè)有組合錐筒和熱敏電阻?；诩す庹T導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)，實現(xiàn)熔融金屬元素含量檢測在線檢測，特別是在熔融金屬表面有浮渣或者其他干擾的工況下，對冶金工藝的改善具有重要意義。
【專利說明】
一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種耐高溫探頭，尤其是一種可用于LIBS技術(shù)檢測的耐高溫熔體的接觸式探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]LIBS技術(shù)是應(yīng)用于冶金在線成分檢測的最具前景技術(shù)。由于冶金現(xiàn)場存在大量的粉塵，直接采用遙測系統(tǒng)進(jìn)行光譜信號采集具有較大不穩(wěn)定性，因此采用接觸式探頭實現(xiàn)相對穩(wěn)定的測量環(huán)境，對LIBS冶金在線應(yīng)用具有重要意義?？紤]到冶金熔體溫度一般在800-1600°C左右，接觸式探頭必須具備良好的隔熱和冷卻性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明展示的一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，所述頂端的上部設(shè)有進(jìn)氣閥門，所述頂端與中端之間設(shè)有調(diào)風(fēng)環(huán)，所述底端的側(cè)壁設(shè)有出氣口，所述進(jìn)氣閥門和出氣口配合所述調(diào)風(fēng)環(huán)組成氣體循環(huán)系統(tǒng)；
[0006]所述頂端內(nèi)設(shè)有介質(zhì)膜反射鏡，所述頂端的一側(cè)設(shè)有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光親合光路，該光路垂直于激光入射光路；
[0007]所述中端內(nèi)固定有鏡筒；
[0008]所述底端內(nèi)設(shè)有組合錐筒和熱敏電阻；
[0009]所述各端之間加入高溫隔熱密封片。
[0010]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，克服了LIBS遠(yuǎn)程測量時的空間不穩(wěn)定性和粉塵及遮擋物的影響，可以實現(xiàn)熔融金屬元素含量的直接在線檢測，特別是在熔融金屬表面有浮渣或者其他干擾的工況下，對冶金工藝的改善具有重要意義。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例提供的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭的原理示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例提供的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:
[0014]1、頂端，2、光纖接頭，3、單透鏡，4、調(diào)風(fēng)環(huán)，5、鏡筒，6、中端，7、底端，8、組合錐筒，
9、出氣口，1、隔熱密封片，11、前端，12、進(jìn)氣閥門，13、介質(zhì)膜反射鏡，14、凹面反射鏡，15、電控平移臺，16、凸面反射鏡，17、熱敏電阻，18、熔融金屬液體。
【具體實施方式】
[0015]下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0016]本發(fā)明的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其較佳的【具體實施方式】是:
[0017]包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，所述頂端的上部設(shè)有進(jìn)氣閥門，所述頂端與中端之間設(shè)有調(diào)風(fēng)環(huán)，所述底端的側(cè)壁設(shè)有出氣口，所述進(jìn)氣閥門和出氣口配合所述調(diào)風(fēng)環(huán)組成氣體循環(huán)系統(tǒng)；
[0018]所述頂端內(nèi)設(shè)有介質(zhì)膜反射鏡，所述頂端的一側(cè)設(shè)有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光親合光路，該光路正交于激光入射光路；
[0019]所述中端內(nèi)固定有鏡筒；
[0020]所述底端內(nèi)設(shè)有組合錐筒和熱敏電阻。
[0021]所述頂端、中端和底端為高溫不銹鋼腔體，所述前端為氧化鋁陶瓷筒。
[0022]所述鏡筒為施瓦茲齊德望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，包括上部的凹面反射鏡和下部的凸面反射
Ho
[0023]所述前端與底端以及底端與中端之間裝有隔熱密封片。
[0024]整個探頭固定在電控平移臺上，測量時探頭前端浸入熔融金屬。
[0025]激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)利用高能脈沖激光聚焦燒蝕樣品產(chǎn)生等離子體，通過對所獲得的等離子體發(fā)射光譜信號進(jìn)行分析得到樣品的元素含量信息，具有安全、快速的優(yōu)勢。
[0026]本發(fā)明接觸式探頭耐高溫用于熔融金屬元素含量的直接在線檢測，特別是在熔融金屬表面有浮渣或者其他干擾的工況下，對冶金工藝的改善具有重要意義。
[0027]本發(fā)明的探頭前端穿過浮渣浸入到熔融金屬中，可以對熔融金屬的元素含量進(jìn)行接觸式測量。探頭分四段式設(shè)計，頂端、中端、底端和前端。其中，頂端包括二向色鏡和信號光耦合光路，二向色鏡透激光并反射信號光，信號光經(jīng)信號光耦合光路進(jìn)入光纖束，再分別輸送到光譜探測系統(tǒng)，通過對相應(yīng)光譜進(jìn)行分析實現(xiàn)當(dāng)前熔融金屬元素含量的測量；中端包括激光聚焦和信號光采集光路，焦點位置可調(diào);底端為光路保護(hù)部分;前端為耐高溫陶瓷筒;整個探頭上端的進(jìn)氣閥門和下端出氣口組成氣體循環(huán)系統(tǒng)，輔助以自身溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
[0028]氣體循環(huán)系統(tǒng)從檢測開始到結(jié)束都保持工作，通過自身溫度監(jiān)測系統(tǒng)的溫度反饋，調(diào)節(jié)到合適的氣體流速，對內(nèi)部的光學(xué)元件進(jìn)行清潔和冷卻，同時擴大光譜探測范圍；工作時，脈沖激光經(jīng)中端聚焦到熔融金屬表面，燒蝕產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射的信號光再經(jīng)中端采集，由頂端送到元素含量檢測系統(tǒng)。
[0029]本發(fā)明工作時具體步驟為:
[0030]開始測量前，進(jìn)氣閥門開啟；
[0031 ]將探頭前端部分浸入熔融金屬，同時調(diào)節(jié)氣體流速；
[0032]激光脈沖經(jīng)過中端聚焦到熔融金屬表面，產(chǎn)生的等離子體信號經(jīng)中端采集并由頂端傳輸?shù)皆睾繖z測系統(tǒng)；
[0033]調(diào)節(jié)焦點位置，直到采集到的信號光譜強度最大；
[0034]重復(fù)步驟3，得到足夠可以做含量分析的光譜數(shù)據(jù)后，由計算機完成元素含量分析；
[0035]測量完成，關(guān)閉閥門，將探頭提升到準(zhǔn)備位置。
[0036]本發(fā)明探頭可以直接檢測熔融金屬元素含量，核心在于探頭前端可以浸入熔融金屬，快速測量元素含量和溫度，結(jié)構(gòu)緊湊，信號穩(wěn)定。探頭焦點位置可精密調(diào)節(jié)，配合氣體循環(huán)系統(tǒng)和自身溫度監(jiān)測系統(tǒng)，大大增加探測空間范圍和波段范圍?？蓪θ廴诮饘俚脑睾窟M(jìn)行在線監(jiān)測，特別是在熔融金屬表面有浮渣的復(fù)雜工況。
[0037]本發(fā)明采用分段式設(shè)計。頂端包括二向色鏡和信號光耦合光路，二向色鏡透激光并反射信號光，信號光經(jīng)信號光耦合光路進(jìn)入光纖束，再輸送到光譜探測系統(tǒng)，通過對光譜進(jìn)行分析實現(xiàn)當(dāng)前熔融金屬元素含量測量；中端包括激光聚焦和信號光采集光路，焦點位置可調(diào)；底端為光路保護(hù)部分，在阻止大部分熱輻射和粉塵上升的同時，組成氣體流道;前端為耐高溫陶瓷筒，工作時部分浸入到熔融金屬液中，形成較為封閉穩(wěn)定的檢測空間。整個探頭上端的進(jìn)氣閥門和下端出氣口組成氣體循環(huán)系統(tǒng)，配合自身的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，給探頭通入合適流速的保護(hù)氣體，對光學(xué)元件進(jìn)行防塵保護(hù)和冷卻，同時有助于提高光譜透過率。
[0038]具體實施例:
[0039]如圖1和圖2所示。探頭分為四段，頂端1、中端6和底端7為高溫不銹鋼腔體，前端11為氧化鋁陶瓷筒。其中，頂端包括介質(zhì)膜反射鏡13、由單透鏡3和光纖接頭2組成的信號光耦合光路；中端內(nèi)固定鏡筒，鏡筒為施瓦茲齊德望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)激光聚焦和信號光采集，由凹面反射鏡14和凸面反射鏡16組成;底端包括組合錐筒8和出氣口 9;前端和底端以及底端和中端之間都裝有隔熱密封片10;進(jìn)氣閥門12和出氣口 9配合調(diào)風(fēng)環(huán)4組成氣體循環(huán)系統(tǒng)。
[0040]整個探頭固定在重載精密電控平移臺15上，17為熱敏電阻，18為熔融金屬液體。[0041 ]本實施例具體工作流程為:
[0042]進(jìn)氣閥門12開啟，等待測量開始；
[0043]熔融金屬18表面破渣后，電控平移臺15移動探頭，將陶瓷筒11部分浸入液面，同時通過熱敏電阻反饋的溫度信號調(diào)節(jié)氣體流速；
[0044]脈沖激光進(jìn)入探頭，透過介質(zhì)膜反射鏡13，經(jīng)凸面反射鏡16反射，由凹面反射鏡14聚焦到液面;產(chǎn)生的等離子體信號沿原光路返回，被介質(zhì)膜反射鏡13反射后，由透鏡3耦合進(jìn)入接在光纖接頭上的光纖束，再輸送到光譜儀，獲得LIPS光譜信號；
[0045]記錄步驟3中獲得的光譜信號強度，然后驅(qū)動電控平移臺15，調(diào)節(jié)探頭的焦點位置；
[0046]重復(fù)步驟3-4，直到采集到的光譜信號強度最大，即獲得探頭最佳的焦點位置；
[0047]在探頭的最佳焦點位置處，重復(fù)步驟3，獲得足夠的光譜數(shù)據(jù)，由計算機做含量分析即可得到元素含量信息；
[0048]完成測量后，驅(qū)動電控平移臺15，將探頭提升到準(zhǔn)備位置；
[0049]進(jìn)氣閥關(guān)閉12，等待下一次測量。
[0050]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，所述頂端的上部設(shè)有進(jìn)氣閥門，所述頂端與中端之間設(shè)有調(diào)風(fēng)環(huán)，所述底端的側(cè)壁設(shè)有出氣口，所述進(jìn)氣閥門和出氣口配合所述調(diào)風(fēng)環(huán)組成氣體循環(huán)系統(tǒng)； 所述頂端內(nèi)設(shè)有介質(zhì)膜反射鏡，所述頂端的一側(cè)設(shè)有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光耦合光路，該光路垂直于激光入射光路； 所述中端內(nèi)固定有鏡筒； 所述底端內(nèi)設(shè)有組合錐筒和熱敏電阻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，所述頂端、中端和底端為高溫不銹鋼腔體，所述前端為耐高溫陶瓷筒。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，所述鏡筒為反射式望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，所述反射式望遠(yuǎn)鏡為施瓦茲齊德望遠(yuǎn)鏡或者卡塞格林望遠(yuǎn)鏡。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可以同時檢測熔融金屬元素含量和溫度的接觸式探頭，其特征在于，所述前端與底端以及底端與中端之間裝有高溫隔熱密封片。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，整個探頭固定在平移臺上，測量時探頭前端浸入熔融金屬。
【文檔編號】G01N21/01GK105823771SQ201610411896
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】潘從元, 曾強, 費騰, 王秋平, 王聲波
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)