元素雷射檢測分析儀器的製作方法
2023-05-26 15:42:42
本實用新型涉及一種元素雷射檢測分析儀器。
背景技術：
目前，在絕大多數的礦產行業中，不管是生產、儲存還是使用，都會對礦物進行分析檢測。礦產中各元素含量的多少直接影響到產品的生產、使用效率，根據礦物元素含量的不同以及礦物的有用元素貯存方式(島狀結構、鏈狀結構)，實時調整、優化生產工藝，在洗選富集過程中可以通過實時調整生產工藝使選礦過程更加高效，提高精礦回收率，減少拋尾；在礦物冶煉過程中，則可以提高冶煉效率，並且通過對環境不友好型元素的檢測，調整吸收工藝，可以有效以最低成本對有害元素進行回收；在產品使用階段，則可以通過對元素的檢測，將不合格產品剔除。傳統的元素測量方法具有分析速度慢，工藝繁瑣，無法實現在線過程控制等缺陷，往往在礦物生產富集使用過程中有較大的滯後性，經常造成資源的浪費與環境的汙染。
目前常用的礦物元素的在線分析技術為X射線螢光技術，中子感生瞬發伽馬射線分析技術和雙能伽馬射線透射技術。X射線螢光技術只能測量原子序數大於11的元素，對礦物中的碳元素、氫元素、氮元素等無法測量，造成了不能對複雜結構礦物檢測，並且測量精度和靈敏度不高。中子感生瞬發伽馬射線分析技術存在投資大，輻射危害大和放射源半衰期短的缺點。而雙能伽馬射線技術則無法進行全元素分析，成本高並有安全隱患。由於存在這些缺點，這些技術並沒有得到廣泛的應用。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種元素雷射檢測分析儀器，它可以得到高精度的礦物元素在線分析結果。
為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：一種元素雷射檢測分析儀器，它包括：
輸送組件，所述輸送組件用於搭載並移動待測礦物；
雷射裝置，所述雷射裝置包括脈衝雷射器和雷射處理裝置，所述脈衝雷射器用於發出雷射並將雷射通過雷射處理裝置處理後照射至輸送組件上的待測礦物上；
光譜分析裝置，所述光譜分析裝置包括光譜儀和光譜採集組件，所述光譜採集組件與光譜儀相連，以便光譜採集組件採集經過雷射照射後的待測礦物表面激發的等離子體所輻射出的帶有相應的礦物元素信息的光譜，並將其傳遞給光譜儀；
計算機，所述計算機與所述光譜儀相連，以便光譜儀將生成的光譜響應信號傳遞給計算機。
進一步，所述輸送組件中包括輸送皮帶，所述待測礦物放置在輸送皮帶上。
進一步為了擴大所述脈衝雷射器發出的雷射的光斑直徑，所述雷射處理裝置包括用於擴大所述脈衝雷射器發出的雷射的光斑直徑的擴束鏡。
進一步，為了將雷射聚焦，所述雷射處理裝置包括聚焦鏡。
進一步為了通過改變其雷射的照射方向，從而使雷射照射至輸送組件上的待測礦物上，以及能夠使雷射照射在礦物表面的能量更加穩定並且方便安裝調整，所述雷射處理裝置還包括改變雷射照射位置的反光鏡組，所述脈衝雷射器發出的雷射先經過擴束鏡、聚焦鏡再經過反光鏡組後照射在輸送組件上的待測礦物上。
進一步提供了一種具體的反光鏡組的結構，所述反光鏡組包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述脈衝雷射器發出的雷射透過擴束鏡、聚焦鏡後正對第一反射鏡，然後所述第一反射鏡反射出的雷射正對所述第二反射鏡，所述第二反射鏡反射出來的雷射照射在輸送組件上的待測礦物上。
進一步，所述擴束鏡為凹面透鏡，所述聚焦鏡為凸面透鏡，所述脈衝雷射器發出的雷射先進入凹面透鏡再進入凸面透鏡。
進一步為了使得採集到的有效光譜信息最強，所述光譜採集組件包括凹面反射鏡、凸面反射鏡、準直鏡和光纖，帶有相應的礦物元素信息的光譜通過凹面反射鏡聚集到凸面反射鏡上，再通過凸面反射鏡聚集到準直鏡中，所述光纖的一端與所述準直鏡相連，所述光纖的另一端與所述光譜儀相連。
進一步，所述脈衝雷射器的控制輸入端與所述計算機相連，所述脈衝雷射器的觸發信號輸出端與所述光譜儀相連。
本實用新型還提供了一種礦物元素分析方法，它應用元素雷射檢測分析儀器，方法的步驟中含有：
(a)輸送組件將待測礦物運輸至檢測區域；
(b)採用脈衝雷射器發出雷射，並將雷射通過雷射處理裝置處理後照射至輸送組件上的待測礦物上，此時所述待測礦物的表面激發出等離子體，等離子體輻射出的帶有相應的礦物元素信息的光譜被光譜採集組件採集並送至光譜儀進行分析，分析後輸出的光譜響應信號採集至計算機中；
(c)在計算機中，根據多個光譜響應信號進行建模分析，並將一定時間內的光譜響應信號和該時間段化驗室得到的元素含量進行數學比對分析，建立模型；通過連續的在線運行，將每次得到的光譜響應信號作為模型的輸入，通過模型分析出實時的礦物元素元素含量。
進一步，在所述的步驟(b)中，在雷射照射輸送組件上的待測礦物的過程中，通過輸送組件帶動待測礦物的移動，變換雷射在待測礦物上打點的點位。
採用了上述技術方案後，本實用新型的方法通過將雷射裝置直接架設在輸送組件的上方，待測礦物通過輸送組件被不間斷地輸送到輸送組件上的檢測區域，之後通過自動多點測量，平均光譜響應信號，建立起光譜響應信號和礦物元素含量的數學模型，最後利用該數學模型對礦物元素進行在線分析，從而獲得高精度的在線結果，相比於其他雷射誘導擊穿光譜(LIBS)檢測方法，克服了LIBS表面採樣代表性差的問題，克服了採制樣複雜的問題，相比於其他在線礦物元素測量方法，測量精度高，並且沒有輻射源，投資小，體積小，方便安裝。
附圖說明
圖1為本實用新型的元素雷射檢測分析儀器的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例並結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
如圖1所示，一種元素雷射檢測分析儀器，它包括：
輸送組件，所述輸送組件用於搭載並移動待測礦物；待測礦物在輸送組件上不間斷送入檢測區域且將實時分析檢測之後的待測礦物送出；
雷射裝置，所述雷射裝置包括脈衝雷射器和雷射處理裝置，所述脈衝雷射器用於發出雷射並將雷射通過雷射處理裝置處理後照射至輸送組件上的待測礦物上；
光譜分析裝置，所述光譜分析裝置包括光譜儀和光譜採集組件，所述光譜採集組件與光譜儀相連，以便光譜採集組件採集經過雷射照射後的待測礦物表面激發的等離子體所輻射出的帶有相應的礦物元素信息的光譜，並將其傳遞給光譜儀；
計算機，所述計算機與所述光譜儀相連，以便光譜儀將生成的光譜響應信號傳遞給計算機。
如圖1所示，所述輸送組件中包括輸送皮帶9，所述待測礦物放置在輸送皮帶9上。
如圖1所示，所述雷射處理裝置包括用於擴大所述脈衝雷射器發出的雷射的光斑直徑的擴束鏡，用於聚焦雷射的聚焦鏡，所述擴束鏡為凹面透鏡1，所述聚焦鏡為凸面透鏡2，所述脈衝雷射器發出的雷射先進入凹面透鏡1再進入凸面透鏡2。
如圖1所示，所述雷射處理裝置還包括改變雷射照射位置的反光鏡組，所述脈衝雷射器發出的雷射先經過擴束鏡與聚焦鏡再經過反光鏡組後照射在輸送組件上的待測礦物上，所述反光鏡組可以包括第一反射鏡3和第二反射鏡4，所述脈衝雷射器發出的雷射透過擴束鏡和聚焦鏡後正對第一反射鏡3，然後所述第一反射鏡3反射出的雷射正對所述第二反射鏡4，所述第二反射鏡4反射出來的雷射照射在輸送組件上的待測礦物上。雷射通過擴束鏡之後光斑直徑被放大，再通過聚焦鏡將雷射聚焦，然後正對著入射到第一反射鏡3，通過第一反射鏡3的反射之後入射到第二反射鏡4上，再通過第二反射鏡4的反射，將雷射照射到待測礦物上，使得雷射入射角度可以調整，使空間布置更加方便。
如圖1所示，所述光譜採集組件包括凹面反射鏡6、凸面反射鏡5、準直鏡7和光纖8，帶有相應的礦物元素信息的光譜通過凹面反射鏡6聚集到凸面反射鏡5上，再通過凸面反射鏡5聚集到準直鏡7中，所述光纖8的一端與所述準直鏡7相連，所述光纖8的另一端與所述光譜儀相連。
如圖1所示，所述脈衝雷射器的控制輸入端與所述計算機相連，所述脈衝雷射器的觸發信號輸出端與所述光譜儀相連。
一種礦物元素分析方法，它應用所述元素雷射檢測分析儀器，方法的步驟中含有：
(a)輸送組件將待測礦物運輸至檢測區域；
(b)採用脈衝雷射器發出雷射，並將雷射通過雷射處理裝置處理後照射至輸送組件上的待測礦物上，此時所述待測礦物的表面激發出等離子體，等離子體輻射出的帶有相應的礦物元素信息的光譜被光譜採集組件採集並送至光譜儀進行分析，分析後輸出的光譜響應信號採集至計算機中；
(c)在計算機中，根據多個光譜響應信號進行建模分析，並將一定時間內的光譜響應信號和該時間段化驗室得到的元素含量進行數學比對分析，建立模型；通過連續的在線運行，將每次得到的光譜響應信號作為模型的輸入，通過模型分析出實時的礦物元素元素含量。
在所述的步驟(b)中，在雷射照射輸送組件上的待測礦物的過程中，通過輸送組件帶動待測礦物的移動，變換雷射在待測礦物上打點的點位。
所述輸送組件只需不間斷運行，其將待測礦物輸送到檢測區域下進行檢測，隨著檢測的運行，檢測過的待測礦物被實時輸送到指定位置(譬如：排放口)。
檢測過程中，雷射檢測與輸送組件均為不間斷運行，通過一定時間內的光譜信息整理作為該時間段的礦物元素含量響應信號。
本實用新型的脈衝雷射器採用Nd:YAG脈衝雷射器，雷射波長為1064nm，脈寬為5ns，在檢測的時候採用能量為90mJ的雷射對待測礦物進行激發並通過瞬間高溫在待測礦物表面激發出等離子體，等離子體向外發射出帶有待測樣品信息的光信息，這些光信息通過凹面反射鏡6與凸面反射鏡5的聚集之後被準直鏡7收集，隨後通過光纖8傳送到光譜儀中，光在光譜儀中成像並將結果發送至計算機中進行處理。
在檢測系統中，脈衝雷射器與擴束鏡、聚焦鏡、兩個反射鏡以及輸送組件布置在同一垂直平面內，調整角度使得脈衝雷射器出光口正對擴束鏡、聚焦鏡，雷射通過擴束鏡、聚焦鏡之後光束垂直正對第一反射鏡3中心，第一反射鏡3反射出來的雷射正對第二反射鏡4中心，第二反射鏡4反射出來的雷射直接照射在輸送組件上的礦物表面並產生等離子體，等離子體發射出來的光信號經過凹面反射鏡6和凸面反射鏡5聚集之後被準直鏡7收集，準直鏡7通過光纖8與光譜儀連接，並把收集到的等離子體發射出來帶有樣品信息的光通過光纖8發送到光譜儀，光譜儀經過脈衝雷射器的輸出信號控制，在產生雷射脈衝一定延時之後，在輻射最弱、有效光譜最強的時候成像，成像後將光譜發送到光譜儀，輸送組件同時在持續不斷地運行，將一定時間內所採集到的光譜作為這一段時間的代表信息。
以上所述的具體實施例，對本實用新型解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。