一种传送带上粉末物料成分在线监测装置及其方法

• 摘要：

  本发明涉及粉末成分在线监测技术领域,特别涉及一种传送带上粉末物料成分在线监测装置及其方法.包括传送带、刮板组件、激光激发系统、光谱收集系统、数据处理及控制系统、激光和信号耦合系统及探杆,刮板组件设置于传送带上;激光激发系统和光谱收集系统设置于传送带的上方,激光激发系统用于发射激光至传送带上的粉末物料表面并且产生等离子体;光谱收集系统用于收集等离子的反射信号并且将光谱信息传输到数据处理及控制系统;激光和信号耦合系统用于将激光和等离子反射信号光耦合到同轴光路;探杆设置于激光和信号耦合系统的末端.本发明可实时得到传送带上粉末物料的组分含量,进而指导生产过程,提高产品质量,提升生产效率,降低能源消耗.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN202010215974.7

• 申请日期：

  2020.03.25

• 公开/公告号：

  CN111380860A

• 公开/公告日：

  2020-07-07

• 发明人：

  孙兰香 辛勇 李洋 董伟 郑黎明 丛智博 王金池 于海斌

• 申请人：

  中国科学院沈阳自动化研究所

• 主分类号：

  G01N21/71(2006.01),G,G01,G01N,G01N21

• 分类号：

  G01N21/71(2006.01),G01N21/25(2006.01),G,G01,G01N,G01N21,G01N21/71,G01N21/25

• 主权项：

  1.一种传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,包括: 传送带(1),用于粉末物料的输送; 刮板组件,设置于所述传送带(1)上,用于将所述传送带(1)上的粉末物料刮平; 激光激发系统,设置于所述传送带(1)的上方,用于发射激光至所述传送带(1)上的粉末物料表面并且产生等离子体; 光谱收集系统,设置于所述传送带(1)的上方,用于收集等离子的反射信号并且将光谱信息传输到数据处理及控制系统(9); 激光和信号耦合系统(14),设置于所述激光激发系统和所述光谱收集系统的下方,用于将激光和等离子反射信号光耦合到同轴光路; 探杆(16),设置于所述激光和信号耦合系统(14)的末端,用于输出激光和导入等离子反射信号光; 数据处理及控制系统(9),用于控制所述激光激发系统、光谱收集系统及激光和信号耦合系统(14),并对等离子体光谱进行数据处理,获得物料中不同元素的浓度值. 2.根据权利要求1所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,所述激光激发系统包括光路同轴设置的激光出光系统(10)和扩束聚焦镜组(12),所述扩束聚焦镜组(12)由一片发散透镜和一片汇聚透镜组成;所述激光出光系统(10)产生的激光经扩束聚焦镜组(12)扩束聚焦到所述传送带(1)上的粉末物料表面产生等离子体. 3.根据权利要求2所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,所述光谱收集系统包括光路同轴设置的光谱收集镜组(6)和光谱收集阵列(8),激光在粉末物料表面产生的等离子体通过光谱收集镜组(6)将信号光传输到光谱收集阵列(8),所述光谱收集阵列(8)将光谱信息传输到所述数据处理及控制系统(9);所述光谱收集镜组(6)由两片消色差透镜组成. 4.根据权利要求3所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,还包括设置于所述激光和信号耦合系统(14)上的激光能量监测系统(13),所述激光能量监测系统(13)与所述数据处理及控制系统(9)连接,用于实时监测所述激光激发系统出射的激光能量大小;所述激光和信号耦合系统(14)、激光能量监测系统(13)、扩束聚焦镜组(12)及光谱收集镜组(6)均设置于光学腔(7)中. 5.根据权利要求4所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,还包括防尘系统(5),所述防尘系统(5)用于向所述光学腔(7)内和所述探杆(16)的窗口(15)输送压缩空气. 6.根据权利要求1所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,所述刮板组件包括沿所述传送带(1)的输送方向依次设置的一个或多个刮板,各所述刮板的底部为平面,前端为船型结构. 7.根据权利要求1所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,还包括风扫系统(4),所述风扫系统(4)设置于所述探杆(16)和粉末物料表面之间,用于吹扫所述探杆(16)到物料表面之间的区域内的粉尘或激光聚焦溅射物质;所述探杆(16)的末端出口为锥形结构. 8.根据权利要求1所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置,其特征在于,还包括机柜和温度控制系统(11),所述激光激发系统、光谱收集系统、激光和信号耦合系统(14)、温度控制系统(11)及数据处理及控制系统(9)均设置于所述机柜内;所述温度控制系统(11)与所述数据处理及控制系统(9)连接,用于控制整个装置的温度. 9.一种利用如权利要求1-8任一项所述传送带上粉末物料成分在线监测装置的在线监测方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1):由传送带(1)传输过来的粉末物料,通过刮板组件刮平到固定高度; 步骤2):防尘系统(5)将一部分压缩空气输送到光学腔(7)中,避免环境中的粉尘进入到光学腔(7)中污染光学镜片;另一部分压缩空气传输到探杆(16)内,且对着窗口(15)吹气,避免粉尘污染窗口(15); 步骤3):启动温度控制系统(11),通过数据处理及控制系统(9)保证激光出光系统(10)在恒定温度下工作; 步骤4):数据处理及控制系(9)控制激光出光系统(10)发出激光,激光经扩束聚焦镜组(12)将激光扩束并通过激光和信号耦合系统(14)中的反射镜和二向色镜将激光聚焦到刮平的粉末物料表面产生等离子体; 步骤5):等离子体光谱经激光和信号耦合系统(14)中的二向色镜传输到光谱收集镜组(6),最后经光纤传输到光谱收集阵列(8),通过数据处理及控制系统(9)中的时序控制器控制光谱收集阵列(8)开始收集光谱; 步骤6):收集到的等离子体光谱经数据处理及控制系统(9)进行数据处理,建立模型,最终转换成粉末物料中不同元素的浓度值. 10.根据权利要求9所述的传送带上粉末物料成分在线监测装置的在线监测方法,其特征在于,通过风扫系统(4)产生定向气流,将探杆(16)下方到物料表面上方的激光聚焦区域中的粉尘或激光聚焦溅射物质吹扫干净;通过激光能量监测系统(13)实时监测激光能量变化,通过数据处理及控制系统(9)改变激光出光系统(10)中的内部参数,保证激光能量长时间的稳定性.