脈沖放電等離子體激發(fā)顆粒流的固體成分測(cè)量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體成分測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖放電等離子體激發(fā)顆粒流的固體成分測(cè)量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)于過(guò)程工業(yè)中固體樣品的元素測(cè)量主要采用傳統(tǒng)離線化學(xué)分析法和電感耦合等離子體光譜法等。但是這類(lèi)分析法方通常需要先進(jìn)行采樣，再送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行制樣和分析。從采樣、制樣到檢驗(yàn)結(jié)果的報(bào)出一般需要幾個(gè)小時(shí)，檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)重滯后于工業(yè)過(guò)程。這不僅在一定程度上造成了能源的浪費(fèi)，不利于工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化運(yùn)行。因此采用先進(jìn)、快速的分析手段已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。近些年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展陸續(xù)出現(xiàn)了一些固體成分在線分析儀，目前市場(chǎng)上相對(duì)成熟的主要有X射線熒光光譜分析技術(shù)、γ射線技術(shù)和中子活化分析技術(shù)(PGNAA)。X射線熒光光譜分析技術(shù)測(cè)量周期較長(zhǎng)，分析精度較差，一般只能分析原子量大于23的元素，而且受樣品特性的影響大，在運(yùn)行期間需要經(jīng)常校正。中子瞬發(fā)γ射線活化分析技術(shù)中γ射線對(duì)人體存在很大的安全隱患，雙能γ射線投射法測(cè)量精度受礦物元素(如鐵)含量波動(dòng)的影響較大，誤差較大。這類(lèi)設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜，售價(jià)高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決目前固體成分測(cè)量周期長(zhǎng)，受樣品特性影響大，設(shè)備故障率高、測(cè)量結(jié)果精度低等問(wèn)題，本發(fā)明一方面提供一種脈沖放電等離子體激發(fā)顆粒流的固體成分測(cè)量裝置，其方案如下:
脈沖放電等離子體激發(fā)顆粒流的固體成分測(cè)量裝置和方法，包括主機(jī)單元和測(cè)量單元，
所述主機(jī)單元包括顯示屏、控制模塊、光譜分析處理模塊、脈沖高壓電源模塊；所述控制模塊用于控制測(cè)量裝置的參數(shù)設(shè)置，包括裝置啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、脈沖頻率、脈沖高壓電源的電壓、光譜采集的延時(shí)和門(mén)寬；所述光譜分析處理模塊用于分析由采光探頭接收到的光譜信號(hào)，并計(jì)算和存儲(chǔ)獲得的固體成分測(cè)量數(shù)據(jù)；所述顯示屏用于顯示固體成分測(cè)量結(jié)果、脈沖放電頻率、高壓電源電壓、裝置運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)；
所述測(cè)量單元包括右上而下依次連接設(shè)置的進(jìn)料斗、樣品倉(cāng)、用于開(kāi)啟和停止下料的下料控制裝置、下料口、測(cè)量室，所述測(cè)量室豎壁上相對(duì)地設(shè)置有一對(duì)放電電極，固體粉末掉落路徑位于兩個(gè)放電電極之間，所述放電電極的正負(fù)兩極與脈沖高壓電源模塊通過(guò)導(dǎo)線連接；所述測(cè)量室的內(nèi)壁還設(shè)置有與所述放電電極放電端位于同一水平面的采光探頭，用于接收固體粉末樣品激發(fā)形成的發(fā)射光譜信號(hào)，所述光纖探頭通過(guò)光纖連接光譜分析處理豐旲塊。
[0004]進(jìn)一步地，所述測(cè)量室的內(nèi)壁四角設(shè)置有與所述放電電極放電端位于同一水平面的四個(gè)采光探頭，從而多角度接收光信號(hào)，提高測(cè)量的精確度。
[0005]進(jìn)一步地，所述下料控制裝置包括相對(duì)地設(shè)置在樣品倉(cāng)內(nèi)壁同一高度上的激光發(fā)射器和光電探測(cè)器、設(shè)置在所述樣品倉(cāng)底部的下料擋板，當(dāng)光電探測(cè)器檢測(cè)到激光時(shí)下料擋板關(guān)閉，當(dāng)固體粉末樣品堆積高度達(dá)到阻隔激光光路使光電探測(cè)器無(wú)法檢測(cè)到激光信號(hào)時(shí)下料擋板開(kāi)啟下料，同時(shí)向脈沖高壓電源模塊輸出觸發(fā)信號(hào)。
[0006]進(jìn)一步地，所述樣品倉(cāng)內(nèi)的樣品堆積高度通過(guò)調(diào)節(jié)激光發(fā)射器和光電探測(cè)器在樣品倉(cāng)內(nèi)的高度實(shí)現(xiàn)，以滿足不同的測(cè)量需要。
[0007]進(jìn)一步地，所述測(cè)量室底部的卸料口處設(shè)置有廢樣閥，方便卸料。
[0008]本發(fā)明另一方面提供了一種采用如所述測(cè)量裝置的固體成分測(cè)量方法，其方案如下:
采用如所述測(cè)量裝置的固體成分測(cè)量方法，包括以下步驟:
1)將待測(cè)的固體粉末樣品通過(guò)進(jìn)料斗進(jìn)入樣品倉(cāng)，當(dāng)固體粉末樣品堆積到一定高度后下料控制裝置開(kāi)啟下料擋板使固體粉末樣品通過(guò)下料口以顆粒流的模式進(jìn)入測(cè)量室的同時(shí)，下料控制裝置同步輸出信號(hào)觸發(fā)主機(jī)單元1中的脈沖高壓電源模塊工作，以設(shè)置好的頻率通過(guò)放電電極進(jìn)行脈沖放電，并形成空氣等離子體；
2)固體粉末樣品流經(jīng)放電電極間的空氣等離子體時(shí)被瞬間激發(fā)電離，向外發(fā)射光譜信號(hào)，通過(guò)采光探頭接收光譜信號(hào)進(jìn)入光纖，由光纖傳輸并采集至主機(jī)中的光譜分析處理模塊；
3)采集到的光譜信號(hào)由光譜分析處理模塊中的元素定量分析模型轉(zhuǎn)化為元素含量，并將元素含量的測(cè)量結(jié)果顯示在主機(jī)單元的顯示屏上，同時(shí)存儲(chǔ)在主機(jī)單元的光譜分析處理模塊中。
[0009]進(jìn)一步地，所述當(dāng)固體粉末樣品堆積到一定高度后下料控制裝置開(kāi)啟下料擋板使固體粉末樣品通過(guò)下料口以顆粒流的模式進(jìn)入測(cè)量室的同時(shí)，下料控制裝置同步輸出信號(hào)觸發(fā)主機(jī)單元中的脈沖高壓電源模塊工作的步驟具體為:當(dāng)固體粉末樣品堆積到一定高度后，固體粉末樣品阻隔所述下料控制裝置的激光發(fā)射器發(fā)出的激光，使光電探測(cè)器無(wú)法檢測(cè)到激光信號(hào)時(shí)，下料擋板開(kāi)啟使固體粉末樣品通過(guò)下料口以顆粒流的模式進(jìn)入測(cè)量室的同時(shí)，下料控制裝置的光電探測(cè)器同步輸出信號(hào)觸發(fā)主機(jī)單元中的脈沖高壓電源模塊工作。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可靠性。
[0011]2、通過(guò)合理設(shè)計(jì)的進(jìn)料口可以和不同的工業(yè)過(guò)程粉末樣品取樣系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，也適用于人工制備粉末樣品的快速測(cè)量。
[0012]3、可實(shí)現(xiàn)固體樣品中幾乎所有元素的同步測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為下料控制裝置示意圖。
[0015]圖3為下料擋板關(guān)閉時(shí)的下料控制裝置狀態(tài)圖。
[0016]圖4為下料擋板開(kāi)啟時(shí)的下料控制裝置狀態(tài)圖。
[0017]其中:1.主機(jī)單元；2.測(cè)量單元；3.顯示屏；4.控制模塊；5.光譜分析處理模塊；6.脈沖尚壓電源t旲塊；7.進(jìn)料斗；8.樣品倉(cāng)；9.下料控制裝置；10.下料口 ；11.放電電極；12.測(cè)量室；13.廢樣閥；14.采光探頭；15.導(dǎo)線；16.光纖；17.激光發(fā)射器；18.光電探測(cè)器；19.下料擋板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0019]如圖1和圖2所示，脈沖放電等離子體激發(fā)顆粒流的固體成分測(cè)量裝置，包括主機(jī)單元1和測(cè)量單元2，
所述主機(jī)單元1包括顯示屏3、控制模塊4、光譜分析處理模塊5、脈沖高壓電源模塊6 ;所述控制模塊4用于控制測(cè)量裝置的參數(shù)設(shè)置，包括裝置啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、脈沖頻率、脈沖高壓電源的電壓、光譜采集的延時(shí)和門(mén)寬；所述光譜分析處理模塊5用于分析由采光探頭14接收到的光譜信號(hào)，并計(jì)算和存儲(chǔ)獲得的固體成分測(cè)量數(shù)據(jù)；所述顯示屏3用于顯示固體成分測(cè)量結(jié)果、脈沖放電頻率、高壓電源電壓、裝置運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)；
所述測(cè)量單元2包括右上而下依次連接設(shè)置的進(jìn)料斗7、樣品倉(cāng)8、用于開(kāi)啟和停止下料的下料控制裝置9、下料口 10、測(cè)量室12，所述測(cè)量室12豎壁上相對(duì)地設(shè)置有一對(duì)放電電極11，固體粉末掉落路徑位于兩個(gè)放電電極11之間，所述放電電極11的正負(fù)兩極與脈沖高壓電源模塊6通過(guò)導(dǎo)線15連接；所述測(cè)量室12的內(nèi)壁四角設(shè)置有與所述放電電極11放電端位于同一水平面的四個(gè)采光探頭14，用于接收固體粉末樣品激發(fā)形成的發(fā)射光譜信號(hào)，四個(gè)采光探頭14從多角度接收光信號(hào)，提高測(cè)量的精確度，所述光纖探頭14通過(guò)光纖16連接光譜分析處理模塊5，所述測(cè)量室12底部設(shè)置有廢樣閥13。
[0020]具體來(lái)說(shuō)，如圖3所示，所述下料控制裝置9包括相對(duì)地設(shè)置在樣品倉(cāng)8內(nèi)壁同一高度上的激光發(fā)射器17和光電探測(cè)器18、設(shè)置在所述樣品倉(cāng)8底部的下料擋板19，所述樣品倉(cāng)8內(nèi)的樣品堆積高度通過(guò)調(diào)節(jié)激光發(fā)射器17和光電探測(cè)器18在樣品倉(cāng)8內(nèi)的高度實(shí)現(xiàn)，以滿足不同的測(cè)量需要。當(dāng)光電探測(cè)器18檢測(cè)到激光時(shí)下料擋板19關(guān)閉(圖3)，當(dāng)固體粉末樣品堆積高度達(dá)到阻隔激光光路使光電探測(cè)器18無(wú)法檢測(cè)到激光信號(hào)時(shí)下料擋板19開(kāi)啟下料，同時(shí)向脈沖高壓電源模塊6輸出觸發(fā)信號(hào)(圖4)。
[0021]本實(shí)施例提供的固體成分測(cè)量裝置使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可靠性。通過(guò)合理設(shè)計(jì)的進(jìn)料口可以和不同的工業(yè)過(guò)程粉末樣品取樣系統(tǒng)連接，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。同時(shí)可以將固體樣品通過(guò)人工制樣，制備成粉末樣品直接放入本測(cè)量裝置進(jìn)行快速測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)固體樣品中幾