專利名稱：熔融金屬成分檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及成分檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種采用取樣桿取樣的熔融金屬成分檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
成分檢測(cè)是金屬冶煉中的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的實(shí)時(shí)在線的成分檢測(cè)裝置，多采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)，即利用高功率密度脈沖激光聚焦到入射到物體表面，燒蝕物體產(chǎn)生大量等離子體，對(duì)等離子體發(fā)射的信號(hào)光進(jìn)行光譜探測(cè)得到光譜信息，再對(duì)光譜信息進(jìn)行分析，得出被測(cè)物質(zhì)的成分和濃度信息，這一方法可實(shí)現(xiàn)非接觸、實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，能有效縮短檢測(cè)時(shí)間。目前基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的熔融金屬檢測(cè)裝置主要分為兩類第一類是探管浸入檢測(cè)，采用探管插入熔融金屬液面下，能夠防止表面爐渣對(duì)檢測(cè)的影響，同時(shí)通過(guò)通入氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體對(duì)探管進(jìn)行冷卻，這種檢測(cè)方式中光學(xué)元件需要靠近高溫爐體，容易造成光學(xué)元件的損壞，影響光學(xué)系統(tǒng)性能；第二類是直接檢測(cè)，即直接將激光聚焦到熔融金屬液表面進(jìn)行成分定量分析，此時(shí)熔融金屬液為翻滾流動(dòng)狀態(tài)，激光聚焦不易對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量波動(dòng)性大，檢測(cè)結(jié)果容易不準(zhǔn)確。

實(shí)用新型內(nèi)容為了改進(jìn)上述缺陷，本實(shí)用新型提出了一種采用取樣桿取樣的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其包括取樣桿系統(tǒng)、脈沖激光器、光路系統(tǒng)、光譜探測(cè)裝置、時(shí)序控制單元、光譜分析單元；取樣桿系統(tǒng)包括取樣桿和驅(qū)動(dòng)取樣桿運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。時(shí)序控制單元的時(shí)序信號(hào)依次觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置、脈沖激光器及光譜探測(cè)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)部進(jìn)行取樣后，脈沖激光器發(fā)射脈沖激光經(jīng)光路系統(tǒng)聚焦至取樣桿表面，產(chǎn)生的等離子體信號(hào)光由光路系統(tǒng)采集并導(dǎo)出至光譜探測(cè)裝置，光譜探測(cè)裝置獲得光譜信息并將其發(fā)送至光譜分析單元。具體來(lái)說(shuō)每次檢測(cè)時(shí)，時(shí)序控制單元先發(fā)送時(shí)序信號(hào)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置將取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)部一定深度，保持一定時(shí)間后(一般為41秒)將取樣桿提出到固定位置處；時(shí)序控制單元再觸發(fā)脈沖激光器，脈沖激光器發(fā)射脈沖激光，經(jīng)光路系統(tǒng)聚焦到取樣桿表面附著的熔融金屬液上，激光燒蝕熔融金屬產(chǎn)生激光誘導(dǎo)等離子體，等離子體發(fā)射出大量的等離子體信號(hào)光；時(shí)序控制單元再觸發(fā)光譜探測(cè)裝置，光譜探測(cè)裝置接收光路系統(tǒng)導(dǎo)入的等離子信號(hào)光，從而獲取激光誘導(dǎo)擊穿光譜，再通過(guò)光譜分析單元對(duì)光譜信息進(jìn)行分析得到熔融金屬液的實(shí)時(shí)成分信息。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型還包括吹氣保護(hù)裝置，該吹氣保護(hù)裝置同樣受時(shí)序控制單元的時(shí)序信號(hào)控制；驅(qū)動(dòng)裝置提出取樣桿時(shí)，時(shí)序控制單元控制吹氣保護(hù)裝置以一定的流量吹掃出保護(hù)氣體，確保取樣桿表面附著的熔融金屬液不受空氣影響，使檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確；如有需要，吹氣保護(hù)裝置還可以調(diào)整保護(hù)氣體的流量，吹走取樣桿表面附著的爐渣，從而去除爐渣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；其中保護(hù)氣體為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在常溫和高溫下都不會(huì)與熔融金屬液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，例如氮?dú)饣蚨栊詺怏w。 可選的,所述驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式包括氣動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選的，所述取樣桿系統(tǒng)還包括傳動(dòng)裝置，位于驅(qū)動(dòng)裝置和取樣桿之間，所述傳動(dòng)裝置能保證取樣桿的運(yùn)動(dòng)速度和行程。進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)裝置上設(shè)有延伸臂，能夠更好的保證取樣桿運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。可選的，取樣桿系統(tǒng)可采用直線運(yùn)動(dòng)方式或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行取樣，直線運(yùn)動(dòng)方式取樣時(shí)，取樣桿包括固定桿和浸入桿，所述浸入桿可拆卸安裝在固定桿上；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式取樣時(shí)，取樣桿包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和多根浸入桿，所述浸入桿可拆卸安裝在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；這種可拆卸的安裝方式，非常方便浸入桿的維護(hù)和更換。優(yōu)選的，所述浸入桿的表面刻有細(xì)槽或攻小孔，能夠更好的附著熔融金屬液。優(yōu)選的，所述延伸臂、固定桿以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用鋼材料，所述浸入桿采用耐高溫材料，例如二氧化鋯或氧化鋁陶瓷。可選的，所述光譜探測(cè)裝置采用光譜儀，或采用分光器件和光譜探測(cè)器件的結(jié)合。本實(shí)用新型采用取樣桿對(duì)高溫爐體內(nèi)的熔融金屬液取樣，再利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)遠(yuǎn)距離檢測(cè)熔融金屬成分，使光學(xué)元件遠(yuǎn)離高溫爐體，保證了光學(xué)元件的安全性；同時(shí)由于取樣桿每次都提出到固定位置處，使激光聚焦更易對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量波動(dòng)小，檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確；取樣桿取樣的方式簡(jiǎn)單快捷，檢測(cè)效率高，在一次冶煉過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)多次檢測(cè)，檢測(cè)效果好，可廣泛用于冶金爐內(nèi)熔融金屬成分實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。

圖1為本實(shí)用新型熔融金屬成分檢測(cè)裝置實(shí)施例的示意圖。圖2為直線式取樣桿系統(tǒng)的示意圖。圖3為旋轉(zhuǎn)式取樣桿系統(tǒng)的示意圖。圖4為本實(shí)用新型熔融金屬成分檢測(cè)裝置的時(shí)序控制示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。本實(shí)用新型一種熔融金屬成分檢測(cè)裝置的較佳的實(shí)施例，參考圖1所示，包括取樣桿系統(tǒng)、脈沖激光器2、光路系統(tǒng)3、光譜探測(cè)裝置4、光譜分析單元5、吹氣保護(hù)裝置6、時(shí)序控制單元7 ;取樣桿系統(tǒng)包括取樣桿和驅(qū)動(dòng)取樣桿運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置I ;時(shí)序控制單元7分別與驅(qū)動(dòng)裝置1、脈沖激光器2、光譜探測(cè)裝置4、吹氣保護(hù)裝置6連接，通過(guò)時(shí)序信號(hào)依次觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置1、吹氣保護(hù)裝置6、脈沖激光器2及光譜探測(cè)裝置4。[0025]取樣桿系統(tǒng)，用于將取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)部進(jìn)行取樣。吹氣保護(hù)裝置6，用于在驅(qū)動(dòng)裝置I提出取樣桿時(shí)，以一定的流量吹掃出保護(hù)氣體。脈沖激光器2，用于發(fā)射脈沖激光。光路系統(tǒng)3，用于將脈沖激光聚焦至取樣桿表面附著的熔融金屬液10上，并且將燒蝕產(chǎn)生的等離子體信號(hào)光導(dǎo)入光譜探測(cè)裝置4。光譜探測(cè)裝置4，采用光譜儀，用于將等離子體信號(hào)光的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到激光誘導(dǎo)擊穿光譜，再將光譜信息發(fā)送到光譜分析單元5。光譜分析單元5，用于對(duì)接收到的光譜信息進(jìn)行分析，從而得到熔融金屬液的實(shí)時(shí)成分信息。本實(shí)施例具體工作過(guò)程為每次檢測(cè)時(shí)，時(shí)序控制單元7先發(fā)送時(shí)序信號(hào)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置1，驅(qū)動(dòng)裝置I將取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)部一定深度，保持一定時(shí)間后將取樣桿提出到固定位置處；時(shí)序控制單元7再觸發(fā)脈沖激光器2，脈沖激光器2發(fā)射脈沖激光，經(jīng)光路系統(tǒng)3聚焦到取樣桿表面附著的熔融金屬液10上，激光燒蝕熔融金屬產(chǎn)生激光誘導(dǎo)等離子體，等離子體發(fā)射出大量的等離子體信號(hào)光；時(shí)序控制單元7再觸發(fā)光譜探測(cè)裝置4，光譜探測(cè)裝置4接收光路系統(tǒng)3導(dǎo)入的等離子信號(hào)光，從中獲取激光誘導(dǎo)擊穿光譜，再通過(guò)光譜分析單元5對(duì)光譜信息進(jìn)行分析得到熔融金屬液的實(shí)時(shí)成分信息。驅(qū)動(dòng)裝置I提出取樣桿時(shí)，時(shí)序控制單元7發(fā)送時(shí)序信號(hào)啟動(dòng)吹氣保護(hù)裝置6，吹氣保護(hù)裝置6按照一定的流量吹掃出保護(hù)氣體，確保取樣桿表面附著的熔融金屬液10不受空氣影響，直至光譜探測(cè)裝置4探測(cè)獲得光譜信息?？蛇x的,所述驅(qū)動(dòng)裝置I采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式,所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式包括氣動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)。如圖2所示為直線運(yùn)動(dòng)方式的取樣桿系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)裝置1、傳動(dòng)裝置11、以及取樣桿，其中傳動(dòng)裝置上設(shè)有延伸臂12，取樣桿包括固定桿13和浸入桿14。所述浸入桿14可拆卸安裝在固定桿13上；其中，傳動(dòng)裝置11能保證取樣桿的運(yùn)動(dòng)速度和行程；固定桿13與延伸臂12精密配合，使固定桿13實(shí)現(xiàn)高精度直線運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了浸入桿14的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性；浸入桿14可拆卸安裝在固定桿13上，非常方便浸入桿14的維護(hù)和更換。如圖3所示為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式的取樣桿系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)裝置1、傳動(dòng)裝置11、以及取樣桿，其中傳動(dòng)裝置11上設(shè)有延伸臂12,取樣桿包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)15和多根浸入桿14,所述浸入桿14可拆卸安裝在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)15上；其中，傳動(dòng)裝置11能保證取樣桿的運(yùn)動(dòng)速度和行程；延伸臂12能夠更好的保證取樣桿運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；浸入桿14可拆卸安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)15上，非常方便浸入桿14的維護(hù)和更換。以上兩種取樣桿系統(tǒng)，在浸入桿14的表面都刻有細(xì)槽或攻小孔，能夠更好的附著熔融金屬液。其中，延伸臂12、固定桿13以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)15采用鋼材料；浸入桿14的表面采用耐高溫并且能夠良好附著熔融金屬液的材質(zhì)，其安全溫度不低于1700°C，例如二氧化鋯或氧化鋁陶瓷。浸入桿14可以為多種形狀，如圓柱形或方形。優(yōu)選的，所述脈沖激光的入射方向垂直于取樣桿的運(yùn)動(dòng)方向，使光路系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確的將脈沖激光聚焦到取樣桿表面附著的熔融金屬液上。[0038]本實(shí)用新型時(shí)序控制單元可以采用脈沖發(fā)生器對(duì)工作過(guò)程進(jìn)行精確時(shí)序控制，具體時(shí)序過(guò)程參考圖4所示步驟1:時(shí)序控制單元A發(fā)出脈沖信號(hào)至驅(qū)動(dòng)裝置B，驅(qū)動(dòng)裝置B控制取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)一定深度，持續(xù)預(yù)定時(shí)間后，提起取樣桿至固定位置；所述預(yù)定時(shí)間是預(yù)先設(shè)定并且可以調(diào)節(jié)的，一般為Γ8秒；在提出取樣桿前，時(shí)序控制單元A發(fā)送脈沖信號(hào)到吹氣保護(hù)裝置C，吹氣保護(hù)裝置按照一定流量吹掃出保護(hù)氣體并持續(xù)一段時(shí)間，直至步驟3完成；步驟2:提出取樣桿到固定位置后，時(shí)序控制單元A發(fā)出脈沖信號(hào)至脈沖激光器D，脈沖激光器D發(fā)出脈沖激光，燒蝕取樣桿表面附著的熔融金屬液，產(chǎn)生等離子體信號(hào)光E ；步驟3:時(shí)序控制單元A等待預(yù)定的延遲時(shí)間后，發(fā)出脈沖信號(hào)至光譜探測(cè)裝置F，光譜探測(cè)裝置F才開(kāi)始接收等離子信號(hào)光E，從而得到信背比良好的激光誘導(dǎo)擊穿光譜信息，并將光譜信息發(fā)送到光譜分析單元；步驟4 :光譜分析單元對(duì)光譜進(jìn)行分析，進(jìn)而得到熔融金屬液實(shí)時(shí)成分信息。本實(shí)用新型采用取樣桿對(duì)高溫爐體內(nèi)的熔融金屬液取樣，再利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)遠(yuǎn)距離檢測(cè)熔融金屬成分，使光學(xué)元件遠(yuǎn)離高溫爐體，保證了光學(xué)元件的安全性；同時(shí)由于取樣桿每次都提出到固定位置處，使激光聚焦更易對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量波動(dòng)小，檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確；取樣桿取樣的方式簡(jiǎn)單快捷，檢測(cè)效率高，在一次冶煉過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)多次檢測(cè)，檢測(cè)效果好，可廣泛用于冶金爐內(nèi)熔融金屬成分實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。以上依據(jù)圖式所示的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本實(shí)用新型的構(gòu)造、特征及作用效果，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但本實(shí)用新型不以圖面所示限定實(shí)施范圍，凡是依照本實(shí)用新型的構(gòu)想所作的改變，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，仍未超出說(shuō)明書與圖示所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于包括取樣桿系統(tǒng)、脈沖激光器、光路系統(tǒng)、光譜探測(cè)裝置、時(shí)序控制單元、光譜分析單元；取樣桿系統(tǒng)包括取樣桿和驅(qū)動(dòng)取樣桿運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；時(shí)序控制單元的時(shí)序信號(hào)依次觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置、脈沖激光器及光譜探測(cè)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)部進(jìn)行取樣后，脈沖激光器發(fā)射脈沖激光經(jīng)光路系統(tǒng)聚焦至取樣桿表面，產(chǎn)生的等離子體信號(hào)光由光路系統(tǒng)采集并導(dǎo)出至光譜探測(cè)裝置，光譜探測(cè)裝置獲得光譜信息并將其發(fā)送至光譜分析單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于還包括吹氣保護(hù)裝置，所述吹氣保護(hù)裝置受時(shí)序控制單元的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式包括氣動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述取樣桿系統(tǒng)還包括傳動(dòng)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述傳動(dòng)裝置上設(shè)有延伸臂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述取樣桿包括固定桿和浸入桿，所述浸入桿可拆卸安裝在所述固定桿上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述取樣桿包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和浸入桿，所述浸入桿可拆卸安裝在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述浸入桿的表面刻有細(xì)槽或攻小孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融金屬成分檢測(cè)裝置，其特征在于所述光譜探測(cè)裝置采用光譜儀，或采用分光器件和光譜探測(cè)器件的結(jié)合。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種熔融金屬成分檢測(cè)裝置，包括取樣桿系統(tǒng)、脈沖激光器、光路系統(tǒng)、光譜探測(cè)裝置、時(shí)序控制單元、光譜分析單元；取樣桿系統(tǒng)包括取樣桿和驅(qū)動(dòng)取樣桿運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；時(shí)序控制單元的時(shí)序信號(hào)依次觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置、脈沖激光器及光譜探測(cè)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)取樣桿插入熔融金屬液內(nèi)部進(jìn)行取樣后，脈沖激光器發(fā)射脈沖激光經(jīng)光路系統(tǒng)聚焦至取樣桿表面，產(chǎn)生的等離子體信號(hào)光由光路系統(tǒng)采集并導(dǎo)出至光譜探測(cè)裝置，光譜探測(cè)裝置獲得光譜信息并將其發(fā)送至光譜分析單元，即可分析得出熔融金屬的實(shí)時(shí)成分信息。本實(shí)用新型利用取樣桿取樣，使光學(xué)系統(tǒng)元件遠(yuǎn)離高溫爐體，避免了光學(xué)元件的性能受到影響，同時(shí)確保光譜分析的穩(wěn)定性，從而提高了成分檢測(cè)的可靠性。
文檔編號(hào)G01N1/10GK202869976SQ20122057466
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者王秋平, 潘從元, 于云偲, 杜學(xué)維, 安寧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)