一種同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，包括無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)，無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的上方設(shè)有脈沖激光器，無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)沿激光入射方向自上而下依次設(shè)有信號(hào)光分光光路和可調(diào)焦德望遠(yuǎn)鏡，分光光路末端設(shè)有透鏡，通過(guò)光纖饋入法蘭、光纖和光譜儀連接，脈沖激光器和光譜儀分別與時(shí)序控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)連接，無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的下部設(shè)有插板閥和標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的側(cè)壁連接有輔助真空系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)元素含量檢測(cè)和溫度測(cè)量的有機(jī)結(jié)合，結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)，導(dǎo)光系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)焦，探測(cè)空間范圍和波段范圍廣。適用于冶煉爐體等需要在線進(jìn)行含量檢測(cè)和高溫測(cè)量的場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】一種同時(shí)對(duì)溶融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種光譜探測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸式測(cè)量的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]元素含量檢測(cè)和溫度測(cè)量是冶金生產(chǎn)中重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)，其準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)冶金效率提升、成本降低和品質(zhì)控制具有重要意義。
[0003]現(xiàn)階段的冶金過(guò)程中，溫度測(cè)量用的是熱電偶測(cè)溫槍，熱電偶便成為測(cè)溫的一大耗材;元素含量的測(cè)量則是采用取樣離線檢測(cè)的方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，包括無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的上方設(shè)有脈沖激光器，所述脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖通過(guò)所述導(dǎo)光系統(tǒng)頂部的入口窗進(jìn)入導(dǎo)光系統(tǒng)，所述導(dǎo)光系統(tǒng)沿激光入射方向自上而下依次設(shè)有信號(hào)光分光光路和可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，所述信號(hào)光分光光路之后連接有第一光譜儀和第二光譜儀，分別耦合進(jìn)入，所述脈沖激光器、第一光譜儀和第二光譜儀分別與時(shí)序控制系統(tǒng)連接，所述時(shí)序控制系統(tǒng)、第一光譜儀和第二光譜儀分別與計(jì)算機(jī)連接，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的下部設(shè)有插板閥和標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口，所述無(wú)接觸式導(dǎo)管系統(tǒng)的側(cè)壁連接有輔助真空系統(tǒng)。
[0007]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)元素含量檢測(cè)和溫度測(cè)量的有機(jī)結(jié)合，結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)，導(dǎo)光系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)焦，探測(cè)空間范圍和波段范圍廣。適用于冶煉爐體等需要在線進(jìn)行含量檢測(cè)和高溫測(cè)量的場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)的原理框圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3、圖4分別為本發(fā)明實(shí)施例二、實(shí)施三提供的無(wú)接觸導(dǎo)光系統(tǒng)中信號(hào)光分光光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:
[0012]1、計(jì)算機(jī)，2、時(shí)序控制系統(tǒng)，3、脈沖激光器，4、第二光譜儀，5、第一光譜儀，6、輔助真空系統(tǒng)，7、光纖饋入法蘭，8、光纖，9、第一透鏡，1、第一電控平移臺(tái)，11、全反射鏡，12、第二電控平移臺(tái)，13、介質(zhì)膜反射鏡，14、第二透鏡，15、凹面反射鏡，16、凸面反射鏡，17、插板閥，18、標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口，19、真空腔體，20、待測(cè)熔融金屬，21、介質(zhì)膜反射鏡，22、一分二光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施一例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0014]本發(fā)明的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸式測(cè)量的系統(tǒng)，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0015]同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，包括無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的上方設(shè)有脈沖激光器，所述脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖通過(guò)所述導(dǎo)光系統(tǒng)頂部的入口窗進(jìn)入導(dǎo)光系統(tǒng)，所述導(dǎo)光系統(tǒng)沿激光入射方向自上而下依次設(shè)有信號(hào)光分光光路和可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，所述信號(hào)光分光光路之后連接有第一光譜儀和第二光譜儀，分別耦合進(jìn)入，所述脈沖激光器、第一光譜儀和第二光譜儀分別與時(shí)序控制系統(tǒng)連接，所述時(shí)序控制系統(tǒng)、第一光譜儀和第二光譜儀分別與計(jì)算機(jī)連接，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的下部設(shè)有插板閥和標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口，所述無(wú)接觸式導(dǎo)管系統(tǒng)的側(cè)壁連接有輔助真空系統(tǒng)。
[0016]無(wú)接觸導(dǎo)光系統(tǒng)中的分光光路包括以下任一種結(jié)構(gòu)形式:
[0017]一是采用同一介質(zhì)膜反射鏡配合一分多光纖分光，二是采用固定位置的不同介質(zhì)膜反射鏡分光，三是采用位置可移動(dòng)的反射鏡分時(shí)復(fù)用光路實(shí)現(xiàn)分光。
[0018]元素含量檢測(cè)是基于激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)的成分分析方法，測(cè)溫測(cè)量是基于紅外光譜測(cè)溫原理。
[0019]所述全反射鏡設(shè)有第一電控平移臺(tái)，所述施瓦茲齊德望遠(yuǎn)鏡包括上方的凹面反射鏡和下方的凸面反射鏡，所述凸面反射鏡設(shè)有第二電控平移臺(tái)，所述第一電控平移臺(tái)和第二電控平移臺(tái)分別與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0020]所述時(shí)序控制系統(tǒng)包括脈沖觸發(fā)器。
[0021]所述無(wú)接觸式探頭的下端對(duì)準(zhǔn)真空腔體，所述真空腔體內(nèi)裝有待測(cè)熔融金屬。
[0022]本發(fā)明的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，核心在于實(shí)現(xiàn)元素含量檢測(cè)和溫度測(cè)量的有機(jī)結(jié)合，結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)，導(dǎo)光系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)焦，探測(cè)空間范圍和波段范圍廣。適用于冶煉爐體等需要在線進(jìn)行含量檢測(cè)和高溫測(cè)量的場(chǎng)合。
[0023]激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)在成分檢測(cè)時(shí)，無(wú)須樣品預(yù)處理，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、多種元素測(cè)量，測(cè)量時(shí)間短，被譽(yù)為應(yīng)用于冶金在線成分檢測(cè)最具前景的技術(shù)之一。紅外測(cè)溫技術(shù)因其非接觸性，在遠(yuǎn)程、危險(xiǎn)、復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，具有安全、快速、無(wú)損等優(yōu)勢(shì)，是應(yīng)用普遍的非接觸測(cè)溫技術(shù)。
[0024]本發(fā)明中計(jì)算機(jī)用于設(shè)定時(shí)序控制、光譜分析和焦距調(diào)節(jié);激光器作為光源發(fā)出脈沖激光;時(shí)序控制系統(tǒng)通過(guò)脈沖輸出控制激光器和光譜探測(cè)系統(tǒng);元素含量檢測(cè)系統(tǒng)用于獲得激光誘導(dǎo)等離子體光譜信號(hào)；測(cè)溫系統(tǒng)用于獲得熔融金屬的紅外信號(hào)；導(dǎo)光系統(tǒng)用于激光聚焦、等離子體信號(hào)光采集和紅外光譜采集，焦距可調(diào)。
[0025]做元素含量檢測(cè)時(shí)，激光器發(fā)出激光脈沖，經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)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(hào)光再經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)采集，由光纖輸送到元素含量檢測(cè)系統(tǒng)，最后計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)光譜做含量分析；
[0026]做溫度測(cè)量時(shí)，導(dǎo)光系統(tǒng)直接采集熔融金屬輻射的紅外光譜，由光纖束輸送到溫度測(cè)量系統(tǒng)，然后計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)光譜做溫度分析。
[0027]成分檢測(cè)和溫度測(cè)量相對(duì)獨(dú)立。在正式元素含量檢測(cè)或者溫度測(cè)量之前，都需要利用含量檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行焦距調(diào)節(jié)。
[0028]本發(fā)明工作時(shí)具體步驟為:
[0029]開(kāi)始測(cè)量前，通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送指令到時(shí)序控制系統(tǒng)，發(fā)出脈沖觸發(fā)并打開(kāi)保護(hù)閥門；
[0030]時(shí)序控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖觸發(fā)激光器，發(fā)出的脈沖激光經(jīng)過(guò)導(dǎo)光系統(tǒng)聚焦到樣品表面，產(chǎn)生的等離子體信號(hào)經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)采集并由光纖束傳輸?shù)皆睾繖z測(cè)系統(tǒng)；
[0031]計(jì)算機(jī)分析步驟2中得到的信號(hào)光譜的強(qiáng)度，發(fā)送指令到電控平臺(tái)，調(diào)節(jié)焦距，直到采集到的信號(hào)光譜強(qiáng)度最大，即完成自動(dòng)調(diào)焦；
[0032]重復(fù)步驟2，得到足夠可以做含量分析的光譜數(shù)據(jù)后，由計(jì)算機(jī)完成元素含量分析；
[0033]步驟3完成之后，熔融金屬表面的紅外信號(hào)即可通過(guò)導(dǎo)光系統(tǒng)采集，并由光纖束傳輸?shù)綔y(cè)溫系統(tǒng)；
[0034]測(cè)量完成，關(guān)閉閥門。
[0035]具體實(shí)施例:
[0036]如圖1、圖2所示，本系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)I用于進(jìn)行時(shí)序控制、光譜分析和焦距調(diào)節(jié);光源為脈沖激光器3;元素含量檢測(cè)系統(tǒng)采用第一光譜儀5;溫度測(cè)量系統(tǒng)采用第二光譜儀4;輔助真空系統(tǒng)6包括機(jī)械栗及相關(guān)閥門；導(dǎo)光系統(tǒng)中激光聚焦以及信號(hào)光采集采用施瓦茲齊德望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，包括凹面反射鏡15、凸面反射鏡16和用于調(diào)節(jié)凸面反射鏡位置的精密第二電控平移臺(tái)12;介質(zhì)膜反射鏡13用于反射等離子體信號(hào)光同時(shí)透過(guò)激光，第一透鏡9用于匯聚等離子體信號(hào)光并通過(guò)光纖饋入法蘭7和光纖8導(dǎo)出到第一光譜儀5;全反射鏡11用于反射紅外信號(hào)光，第二透鏡14用于匯聚紅外信號(hào)并通過(guò)光纖饋入法蘭和光纖導(dǎo)出到第二光譜儀4;插板閥17用于在無(wú)需測(cè)量時(shí)關(guān)閉閥門，保護(hù)光學(xué)元件;整個(gè)導(dǎo)光系統(tǒng)與真空腔體19上的標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口 18進(jìn)行連接。裝置中時(shí)序控制系統(tǒng)2包括脈沖觸發(fā)器，用于控制和觸發(fā)激光器3、第二光譜儀4、第一光譜儀5和插板閥17;待測(cè)鋼液為20。
[0037]本實(shí)施例具體工作流程為:
[0038]冶煉開(kāi)始前，插板閥處于關(guān)閉狀態(tài)，真空輔助系統(tǒng)6開(kāi)始工作，等真空度達(dá)到一定要求時(shí)，等待冶煉開(kāi)始；
[0039]冶煉開(kāi)始后，通過(guò)計(jì)算機(jī)I發(fā)送指令到時(shí)序控制系統(tǒng)2，發(fā)出脈沖觸發(fā)并打開(kāi)插板閥17;
[0040]時(shí)序控制系統(tǒng)2發(fā)出脈沖觸發(fā)激光器3，發(fā)出的脈沖激光經(jīng)過(guò)觀察窗進(jìn)入導(dǎo)光系統(tǒng)真空腔體，透過(guò)介質(zhì)膜反射鏡13反射到凸面反射鏡16上，由凹面反射鏡15聚焦到熔融金屬液20上;產(chǎn)生的等離子體信號(hào)沿原光路返回，被介質(zhì)膜反射鏡13反射后，由第一透鏡9聚焦并通過(guò)光纖饋入法蘭7和光纖束8導(dǎo)出到第一光譜儀5，獲得LIPS光譜信號(hào)；
[0041]由計(jì)算機(jī)記錄步驟3中獲得的光譜信號(hào)強(qiáng)度，然后驅(qū)動(dòng)第二電控平移臺(tái)12，調(diào)節(jié)導(dǎo)光系統(tǒng)的焦距；
[0042]重復(fù)步驟3-4，直到采集到的光譜信號(hào)強(qiáng)度最大，即獲得導(dǎo)光系統(tǒng)最佳的焦距；
[0043]在導(dǎo)光系統(tǒng)的最佳焦距上，重復(fù)步驟3，獲得足夠的光譜數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)I做含量分析即可得到元素含量信息；
[0044]在最佳焦距上，計(jì)算機(jī)觸發(fā)第一電控平移臺(tái)10動(dòng)作，全反射鏡11移動(dòng)到工作位置；待測(cè)熔融金屬液的紅外光譜信號(hào)同樣的輻射進(jìn)入導(dǎo)光系統(tǒng)，經(jīng)凹面反射鏡15和凸面反射鏡16反射后，再由全反射鏡11反射，由透鏡耦合到光纖，再由光纖輸送到第二光譜儀4，獲得紅外光譜信號(hào)，最后由計(jì)算機(jī)I分析得到溫度信息;溫度測(cè)量完成，計(jì)算機(jī)觸發(fā)第一電控平移臺(tái)1動(dòng)作，全反射鏡11移動(dòng)到準(zhǔn)備位置；
[0045 ]完成測(cè)量過(guò)程后，時(shí)序控制系統(tǒng)2觸發(fā)并關(guān)閉插板閥17。
[0046]實(shí)施例一(圖2)是采用位置可移動(dòng)的反射鏡分時(shí)復(fù)用光路實(shí)現(xiàn)分光。實(shí)施例二(圖
3)是采用固定位置的不同介質(zhì)膜反射鏡分光，實(shí)施例三(圖4)是采用同一介質(zhì)膜反射鏡配合一分多光纖分光。
[0047]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)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(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，包括無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的上方設(shè)有脈沖激光器，所述脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖通過(guò)所述導(dǎo)光系統(tǒng)頂部的入口窗進(jìn)入導(dǎo)光系統(tǒng)，所述導(dǎo)光系統(tǒng)沿激光入射方向自上而下依次設(shè)有信號(hào)光分光光路和可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，所述信號(hào)光分光光路之后連接有第一光譜儀和第二光譜儀，分別耦合進(jìn)入，所述脈沖激光器、第一光譜儀和第二光譜儀分別與時(shí)序控制系統(tǒng)連接，所述時(shí)序控制系統(tǒng)、第一光譜儀和第二光譜儀分別與計(jì)算機(jī)連接，所述無(wú)接觸式導(dǎo)光系統(tǒng)的下部設(shè)有插板閥和標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口，所述無(wú)接觸式導(dǎo)管系統(tǒng)的側(cè)壁連接有輔助真空系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，無(wú)接觸導(dǎo)光系統(tǒng)中的分光光路包括以下任一種結(jié)構(gòu)形式: 一是采用同一介質(zhì)膜反射鏡配合一分多光纖分光，二是采用固定位置的不同介質(zhì)膜反射鏡分光，三是米用位置可移動(dòng)的反射鏡分時(shí)復(fù)用光路實(shí)現(xiàn)分光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)對(duì)熔融金屬的元素含量和溫度進(jìn)行無(wú)接觸式測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，元素含量檢測(cè)是基于激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)的成分分析方法，測(cè)溫測(cè)量是基于紅外光譜測(cè)溫原理。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK105973872SQ201610411899
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】潘從元, 曾強(qiáng), 費(fèi)騰, 王秋平, 王聲波
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)