LIBS浸入式探頭設(shè)計(jì)及誤差分析.pdf

1、激光誘導(dǎo)等離子體擊穿光譜(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技術(shù)是一種離線、高效的成份定量分析技術(shù)，它是利用激光作用到物質(zhì)后，物質(zhì)表面發(fā)射出等離子體，伴隨著等離子體產(chǎn)生會(huì)有光譜的發(fā)射，通過(guò)所發(fā)射的光譜即可分析出物質(zhì)的成分。因?yàn)槠浼夹g(shù)具有不需要預(yù)先制備檢驗(yàn)樣品，對(duì)固、液、氣相物質(zhì)都能直接進(jìn)行分析等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于各個(gè)方面。由于該技術(shù)屬于光電技術(shù)的應(yīng)用所以可以對(duì)樣品接近零破壞測(cè)量，

2、測(cè)量距離可以很遠(yuǎn)，并且測(cè)量速度非常快精度很好，在冶金行業(yè)受到大家的青睞。
　　冶煉現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、溫度高、灰塵多，熔體表面被熔渣覆蓋等因素影響了LIBS技術(shù)的應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)并研究可以用于高溫熔體在線監(jiān)測(cè)的浸入式探測(cè)系統(tǒng)已非常必要。根據(jù)這一需求，本文設(shè)計(jì)并研究了一套能夠自動(dòng)聚焦、自動(dòng)控溫的浸入式探測(cè)系統(tǒng)，直接浸入熔體內(nèi)部測(cè)量。該系統(tǒng)中的探頭結(jié)構(gòu)能有效的隔絕外部高溫、煙塵等不利因素對(duì)LIPS測(cè)量系統(tǒng)的影響;采用探頭內(nèi)部通入單冷氣體、多層

3、控溫腔閉環(huán)控溫和隔熱層等措施控制探頭內(nèi)部保持穩(wěn)定的常溫要求;采用精密絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與激光測(cè)距系統(tǒng)組成快速焦距調(diào)整系統(tǒng);采用精密絲桿機(jī)構(gòu)與光譜儀組成精密焦距調(diào)整系統(tǒng);解決了LIBS技術(shù)用于高溫爐體內(nèi)熔融金屬成份在線檢測(cè)的一系列關(guān)鍵技術(shù)。
　　1.本文先對(duì)課題的研究背景進(jìn)行了闡述，以及對(duì)冶金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，之后對(duì)LIBS原理及工業(yè)應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)介，給出了國(guó)內(nèi)外目前已用于實(shí)踐的熔融金屬檢測(cè)裝置并指出了其存在的問(wèn)題和改進(jìn)想法;

4、>　　2.對(duì)于探頭的光路路徑進(jìn)行常溫靜態(tài)誤差分析，利用矢量的旋轉(zhuǎn)平移變換建立了激光誘導(dǎo)擊穿光譜透鏡組安裝面的位置誤差分析模型，對(duì)各個(gè)透鏡的空間位置的變化造成的誤差進(jìn)行了理論分析并比較了各項(xiàng)誤差對(duì)光路所造成的影響大小，推導(dǎo)出了其誤差計(jì)算公式。最后利用分析得到的結(jié)果給實(shí)際加工和裝調(diào)提供了理論依據(jù)。
　　3.浸入式探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了具有阻止熱輻射和熱傳導(dǎo)功能的探頭腔體，設(shè)計(jì)了多控溫腔的單冷氣體冷卻回路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了由精密絲桿、激光測(cè)