LIBS浸入式探頭設(shè)計及誤差分析.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)生會有光譜的發(fā)射，通過所發(fā)射的光譜即可分析出物質(zhì)的成分。因為其技術(shù)具有不需要預(yù)先制備檢驗樣品，對固、液、氣相物質(zhì)都能直接進行分析等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛運用于各個方面。由于該技術(shù)屬于光電技術(shù)的應(yīng)用所以可以對樣品接近零破壞測量，

2、測量距離可以很遠，并且測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)計并研究可以用于高溫熔體在線監(jiān)測的浸入式探測系統(tǒng)已非常必要。根據(jù)這一需求，本文設(shè)計并研究了一套能夠自動聚焦、自動控溫的浸入式探測系統(tǒng)，直接浸入熔體內(nèi)部測量。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LIPS測量系統(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;采用精密絲桿傳動機構(gòu)與激光測距系統(tǒng)組成快速焦距調(diào)整系統(tǒng);采用精密絲桿機構(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的一系列關(guān)鍵技術(shù)。
　　1.本文先對課題的研究背景進行了闡述，以及對冶金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹，之后對LIBS原理及工業(yè)應(yīng)用情況進行了簡介，給出了國內(nèi)外目前已用于實踐的熔融金屬檢測裝置并指出了其存在的問題和改進想法;

4、>　　2.對于探頭的光路路徑進行常溫靜態(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，對各個透鏡的空間位置的變化造成的誤差進行了理論分析并比較了各項誤差對光路所造成的影響大小，推導(dǎo)出了其誤差計算公式。最后利用分析得到的結(jié)果給實際加工和裝調(diào)提供了理論依據(jù)。
　　3.浸入式探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了具有阻止熱輻射和熱傳導(dǎo)功能的探頭腔體，設(shè)計了多控溫腔的單冷氣體冷卻回路結(jié)構(gòu)，設(shè)計了由精密絲桿、激光測