[实用新型]一种用于熔融金属的激光诱导击穿光谱装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光诊断和测量技术领域，具体涉及一种对熔融金属进行实时、在线快速分析其组分含量的激光诱导击穿光谱装置。

背景技术

国家统计局报告中的一组数字显示，我国工业能耗占全国一次能源消费的70％左右，而钢铁冶金、石油化工、有色金属等高耗能行业占工业总能耗的69％。同国际先进水平相比，这些行业主要产品单位能耗要高出40％。特别是作为能耗大户的冶金行业，其外购能源费用约占钢铁生产成本的25％。能耗过大严重影响我国冶金工业市场竞争力，已成为制约我国冶金工业发展的一大瓶颈。

目前冶金行业采用实验室离线测量样品组分含量，冶炼产品的成分分析需要从熔炉里取样少量的液态样品，经冷却、固化、打磨、抛光等处理过程以后，再运送到炉前分析实验室进行分析。通常冶炼一炉钢需要25-30分钟，而冶炼产品的组分分析时间约3-5分钟，分析时间占冶炼时间的1/10左右。这种离线、非连续的冶金分析方式与冶炼过程严重脱节，造成炉内产品组分预测不及时，冶炼时间延长，因而浪费大量能源和原材料。本实用新型装置就是一种在线分析装置，用于缩短组分分析时间，对于冶金行业的生产效率的提高、产品质量的提升、能源的节约等都将有重大的影响。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种用于熔融金属的激光诱导击穿光谱装置，以解决目前冶金行业对熔融金属组分含量测量离线分析的问题。

本实用新型采用的技术方案是：

一种用于熔融金属的激光诱导击穿光谱装置，包括光源系统、光路系统及信号采集分析系统，光源发出的激光与光路系统的二向色镜形成45°入射角，光路系统通过光纤与信号采集分析系统连接。

所述的光路系统包括二向色镜、两个聚焦透镜、光纤和两个电控平移台，所述两个聚焦透镜和二向色镜同轴固定，第二聚焦透镜和光纤分别固定在两个电控平移台上，第二聚焦透镜位于感应炉内坩埚中熔融金属上方，并且使其焦点位于熔融金属液面中，光纤位于第一聚焦透镜的焦点处，并与信号采集分析系统的分光仪连接，二向色镜设置在两聚焦透镜之间，光源的光线投射在二向色镜上形成45°入射角，两个电控平移台分别与信号采集分析系统的计算机连接。

所述的信号采集分析系统包括分光仪、光电倍增管、取样积分器、示波器、光电二极管和计算机，分光仪通过光电倍增管分别与取样积分器、示波器连接，取样积分器和示波器分别与光电二极管连接，示波器通过取样积分器与计算机连接；光电倍增管上连接有高压电源。

所述的光源为Nd:YAG激光器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用激光直接照射熔融金属产生等离子体，然后把等离子体所辐射的光进行采集分析，实时的监测熔融金属的组分含量，可以根据所得到的分析结果实时指导冶炼生产过程。

本实用新型中采用两个电控平移台分别控制第二聚焦透镜和光纤端口，可实时调整第二聚焦透镜到熔融金属液面的距离使其最优化，以及实时调整光纤端口的位置使第一聚焦透镜聚焦后的信号光斑正好入射到光纤端口中，两聚焦透镜间的二向色镜与激光入射方向成45°，使反射后的激光由聚焦透镜会聚到熔融金属表面，从而诱导产生等离子体。

利用本实用新型可以提高产品质量，减少缺陷；降低能源消耗；增加熔炼周转次数，提高产能；延长炉体寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中：1.感应炉，2.数字示波器，3.取样积分器(BOXCAR)，4.计算机，5.光电二极管，6.光源，7.分光仪，8.光电倍增管(PMT)，9.高压电源(HV)，10.光纤，11.第一电控平移台，12.第一聚焦透镜，13.二向色镜，14.第二聚焦透镜，15.第二电控平移台，16.坩埚。

具体实施方式

实施例：如图1所示，本实用新型包括光源6、光路系统及信号采集分析系统，光源发出的激光与光路系统的二向色镜13形成45°入射角，光路系统通过光纤与信号采集分析系统连接，将收集到的光信号通过光纤10传入信号采集分析系统中进行分析。