1]圖5防塵式高效光學激發收集裝置與傳統裝置收集光譜譜線信噪比SNR值的對比圖。
[0022]1-脈沖激光器；2_分束鏡；3_凹透鏡；4_凸透鏡；5_聚焦鏡；6_帶中孔凹面鏡；7-光纖聚焦頭；8_連續激光器；9_石英鏡片；10-光譜儀；11-功率計；12-工控機；13_光端機；14-高壓氣罐；15-射流裝置；16-水泥生料輸送管；17-待測氣粉柱；18-吹掃頭；19_過濾器。
【具體實施方式】
[0023]一種水泥生料品質在線激光檢測裝置，包括脈沖激光器1、順次設在脈沖激光器I出射光路上的匯聚透鏡組以及帶中孔凹面鏡6 ;帶中孔凹面鏡6的凹面一側設有石英鏡片9、高壓氣罐14和射流裝置15 ;射流裝置15的進料口與水泥生料輸送管16相連通，高壓氣罐14與射流裝置15的進氣口相連通；帶中孔凹面鏡6旁還設有連續激光器8 ;帶中孔凹面鏡6的反射光路上設有光纖聚焦頭7，光纖聚焦頭7通過光纖連接有光譜儀10，光譜儀10連接有工控機12，工控機12的信號輸出端與脈沖激光器I的電壓控制端相連接；脈沖激光器I出射的脈沖激光穿過匯聚透鏡組、帶中孔凹面鏡6的中孔后穿過石英鏡片9并入射至由射流裝置15的氣料出口噴射出的待測氣粉柱17上，待測氣粉柱17在脈沖激光激發下發射的等離子體熒光被帶中孔凹面鏡6反射至光纖聚焦頭7中；所述連續激光器8出射的連續激光透過石英鏡片9并經待測氣粉柱17散射后由帶中孔凹面鏡6反射至光纖聚焦頭7中；連續激光入射至待測氣粉柱17上的位置與脈沖激光入至待測氣粉柱17上的位置相同；連續激光的波長與等離子體熒光的譜線不重合。
[0024]脈沖激光器I與匯聚透鏡組之間設有分束鏡2 ;匯聚透鏡組位于分束鏡2的透射光路上，分束鏡2的反射光路上設有功率計11，功率計11的信號輸出端與工控機12的信號輸入端相連接；所述匯聚透鏡組包括順次位于分束鏡2透射光路上的凹透鏡3、凸透鏡4以及聚焦鏡5。
[0025]工控機12的信號輸出端連接有光端機13。
[0026]石英鏡片9的入射面與從帶中孔凹面鏡6的中孔出射的激光不垂直；石英鏡片9旁配設有吹掃頭18。
[0027]高壓氣罐14與射流裝置15的連接管路上還串接有過濾器19。
[0028]一種水泥生料品質在線激光檢測方法，包括如下步驟:水泥生料品質在線激光檢測裝置工作時，高壓氣罐14內的潔凈壓縮空氣驅動射流裝置15將水泥生料粉末從水泥生料輸送管16處吸出，與壓縮空氣混合后，再以氣粉混合物的形式噴出，形成連續的待測氣粉柱17 ;工控機12啟動脈沖激光器1，出射的脈沖激光經過分束鏡2后被分為兩束，反射光由功率計11探測后，工控機12每隔數秒采集一次功率值，通過計算分析反饋穩定脈沖激光器I的輸出功率；透射光經凹透鏡3和凸透鏡4擴束后，再經過聚焦鏡5進行匯聚，匯聚光經過帶中孔凹面鏡6和石英鏡片9后，到達待測氣粉柱17表面，在其表面燒蝕形成等離子體；等離子體發出的熒光經石英鏡片9后被帶中孔凹面鏡6反射匯聚至光纖聚焦頭7，再由光纖傳入光譜儀10中，光譜儀10將光強信號轉換成數字信號傳入工控機12中；同時，連續激光器8發出的激光照射到待測氣粉柱17表面上的同一位置，其散射光經帶中孔凹面鏡6匯聚由光纖聚焦頭7收集后進入光譜儀10 ;工控機12對接收到的光譜信號進行歸一化和數據篩選處理:所述散射光光強能夠用來對生料等離子體熒光光譜進行歸一化，即用生料等離子體熒光光譜強度除以散射光光強，再將多次測量歸一化值數組中偏離較大的數據剔除，篩選后的剩余數值的均值作為定量分析的有效數據；利用支持向量機模型對有效數據進行計算得到水泥中元素含量及三率值，同時光端機13將檢測結果傳送至中控室以指導調整水泥原料配比。實際應用中可以采用紫外連續激光，石英鏡片采用紫外石英鏡片。
[0029]圖2是本發明具體應用時測得的散射光強度與Ca318.1 nm熒光譜線強度間的關系圖，根據此圖可以得到用于譜線歸一化的線性擬合公式y=4.03X-468.46。
[0030]由圖3可以看出，利用散射光強度對Ca 318.1 nm譜線強度進行歸一化之后，相對標準偏差RSD值由0.38降至0.15，從而有效減小了氣粉混合濃度變化對測量結果的影響，大幅提高了測量精度。
[0031]圖4中可以看出，不進行功率穩定時，經過長期的連續運行，激光器的輸出功率由初始的60mW漂移至56mW，功率的穩定性RSD值為±2.4% ;進行功率穩定后，激光器的輸出功率始終維持在設定值60mW附近，功率的穩定性RSD值也降至土 1.1%。可見，本激光功率反饋穩定技術能夠保證脈沖激光器輸出功率的長期穩定性。
[0032]圖5防塵式高效光學激發收集裝置與傳統裝置收集光譜譜線信噪比SNR值的對比圖。圖中“with BE”代表采用本發明所述裝置；可以看出，本防塵式高效光學激發收集裝置能夠有效改善譜線的信噪比，從而提高測量精度。
【主權項】
1.一種水泥生料品質在線激光檢測裝置，其特征在于，包括脈沖激光器(I )、順次設在脈沖激光器(I)出射光路上的匯聚透鏡組以及帶中孔凹面鏡(6);帶中孔凹面鏡(6)的凹面一側設有石英鏡片(9)、高壓氣罐(14)和射流裝置(15);射流裝置(15)的進料口與水泥生料輸送管(16)相連通，高壓氣罐(14)與射流裝置(15)的進氣口相連通；帶中孔凹面鏡(6)旁還設有連續激光器(8);帶中孔凹面鏡(6)的反射光路上設有光纖聚焦頭(7)，光纖聚焦頭(7 )通過光纖連接有光譜儀(10 )，光譜儀(10 )連接有工控機(12 )，工控機(12 )的信號輸出端與脈沖激光器(I)的電壓控制端相連接；脈沖激光器(I)出射的脈沖激光穿過匯聚透鏡組、帶中孔凹面鏡(6)的中孔后穿過石英鏡片(9)并入射至由射流裝置(15)的氣料出口噴射出的待測氣粉柱(17)上，待測氣粉柱(17)在脈沖激光激發下發射的等離子體熒光被帶中孔凹面鏡(6)反射至光纖聚焦頭(7)中；所述連續激光器(8)出射的連續激光透過石英鏡片(9)并經待測氣粉柱(17)散射后由帶中孔凹面鏡(6)反射至光纖聚焦頭(7)中；連續激光入射至待測氣粉柱(17)上的位置與脈沖激光入至待測氣粉柱(17)上的位置相同；連續激光的波長與等離子體熒光的譜線不重合。2.如權利要求1所述的水泥生料品質在線激光檢測裝置，其特征在于，脈沖激光器(I)與匯聚透鏡組之間設有分束鏡(2);匯聚透鏡組位于分束鏡(2)的透射光路上，分束鏡(2)的反射光路上設有功率計(11)，功率計(11)的信號輸出端與工控機(12)的信號輸入端相連接；所述匯聚透鏡組包括順次位于分束鏡(2)透射光路上的凹透鏡(3)、凸透鏡(4)以及聚焦鏡(5)。3.如權利要求2所述的水泥生料品質在線激光檢測裝置，其特征在于，工控機(12)的信號輸出端連接有光端機(13)。4.如權利要求1~3任一項所述的水泥生料品質在線激光檢測裝置，其特征在于，石英鏡片(9)的入射面與從帶中孔凹面鏡(6)的中孔出射的脈沖激光不垂直；石英鏡片(9)旁配設有吹掃頭(18)。5.如權利要求1~3任一項所述的水泥生料品質在線激光檢測裝置，其特征在于，高壓氣罐(14)與射流裝置(15)的連接管路上還串接有過濾器(19)。6.一種水泥生料品質在線激光檢測方法，采用如權利要求3所述的裝置，其特征在于，包括如下步驟:水泥生料品質在線激光檢測裝置工作時，高壓氣罐(14)內的潔凈壓縮空氣驅動射流裝置(15)將水泥生料粉末從水泥生料輸送管(16)處吸出，與壓縮空氣混合后，再以氣粉混合物的形式噴出，形成連續的待測氣粉柱(17);工控機(12)啟動脈沖激光器(I )，出射的脈沖激光經過分束鏡(2)后被分為兩束，反射光由功率計(11)探測后，工控機(12)每隔數秒采集一次功率值，通過計算分析反饋穩定脈沖激光器(I)的輸出功率；透射光經凹透鏡(3)和凸透鏡(4)擴束后，再經過聚焦鏡(5)進行匯聚，匯聚光經過帶中孔凹面鏡(6)和石英鏡片(9)后，到達待測氣粉柱(17)表面，在其表面燒蝕形成等離子體；等離子體發出的熒光經石英鏡片(9)后被帶中孔凹面鏡(6)反射匯聚至光纖聚焦頭(7)，再由光纖傳入光譜儀(10)中，光譜儀(10)將光強信號轉換成數字信號傳入工控機(12)中；同時，連續激光器(8)發出的激光照射到待測氣粉柱(17)表面上的同一位置，其散射光經帶中孔凹面鏡(6)匯聚由光纖聚焦頭(7)收集后進入光譜儀(10);工控機(12)對接收到的光譜信號進行歸一化和數據篩選處理:所述散射光光強能夠用來對生料等離子體熒光光譜進行歸一化，即用生料等離子體熒光光譜強度除以散射光光強，再將多次測量歸一化值數組中偏離較大的數據剔除，篩選后的剩余數值的均值作為定量分析的有效數據；利用支持向量機模型對有效數據進行計算得到水泥中元素含量及三率值，同時光端機(13)將檢測結果傳送至中控室以指導調整水泥原料配比。
【專利摘要】本發明涉及工業自動化測量技術領域，具體為一種水泥生料品質在線激光檢測裝置及方法。解決了目前工業上對水泥生料元素的定量分析存在分析結果不準確且不能實時檢測的技術問題。本發明可實時、快速、準確地對工業現場輸送管中水泥生料化合物成分及率值進行在線檢測，連續激光器與脈沖激光器的配合使用避免了待測水泥氣粉柱由于流量變化造成的影響，極大的提高了檢測結果的精準度；激光功率反饋穩定裝置則有效保證了脈沖激光器出射激光的功率穩定。整個裝置設計精妙，檢測結果準確可靠，能夠有效保證水泥產品的生產質量。
【IPC分類】G01N21/64
【公開號】CN104931474
【申請號】CN201510386605
【發明人】張向杰, 梁飛, 胡川, 王媛, 王哲, 弓瑤, 李郁芳, 張雷
【申請人】太原紫晶科技有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月6日