[发明专利]激光光谱诱导成分检测系统

权利要求书

1.一种激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，包括：凹面反射镜、凸面反射镜、窗口镜、套管、钢炉、计算机、检测点距离动态监测系统、反馈调节控制装置、激光光源、光束折转系统、中阶梯光栅光谱仪、积分延迟探测系统、激光光束质量调节系统，还可以将凹面反射镜和凸面反射镜构成的光学聚焦结构替换成透镜组。

2.按权利要求1所述的激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，其特征在于，所述的凹面反射镜和凸面反射镜用来将诱导激励的激光束汇聚到被检测的钢水表面上；所述的窗口镜用来密封钢炉；所述的套管用来将钢炉中的激光束进行密封，并深入钢水表面；所述的钢炉是冶炼的钢炉，内部包含大量钢水；所述的计算机是金属冶炼过程中激光诱导光谱检测系统的控制和显示分析中心；所述的检测点距离动态监测系统，采用单频或双频激光干涉仪、激光测距仪等远程测距设备，实时精确监测钢水液面到聚光镜的距离；所述的反馈调节控制装置，包括一个电动控制结构，用来补偿调整凹面反射镜1和凸面反射镜2的间距，保证诱导光束精确聚焦到检测点；所述的激光光源，用来产生诱导等离子体的激光光束，可以是YAG工作物质的激光光源，也可以是二氧化碳激光光源；所述的光束折转系统，由1个或多至10个的反射镜构成，折转控制激光光束；所述的激光光束质量调节系统，可以由透镜组，也可以由液晶光阀或微反射镜阵列构成，用来将激光束整形成所需的形状，实现高效率的激光诱导；所述的透镜组，由1个或多至10个的透镜构成，用来替代凹面反射镜和凸面反射镜；所述的中阶梯光栅光谱仪，用来将采集到的光信号进行分光，实现光谱数据的捕捉；所述的积分延迟探测系统，用来处理采集到的光信号，得到定量的光谱数据信息。

2.按权利要求1所述的激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，其特征在于，所述的检测点距离动态监测系统，采用单频或双频激光干涉仪、激光测距仪等激光测距仪器，实时精确监测钢水液面到聚光镜的距离，并通过反馈调节控制装置来控制调节凹面反射镜和凸面反射镜的间距，或者透镜组的焦距，来动态保证诱导激光光斑在被检测钢水表面的尺寸一致。

3.按权利要求1所述的激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，其特征在于，所述的检测点距离动态监测系统，还能够通过光谱信号的信噪比来反馈控制激光光源的输出激光器强度，保证激励的等离子强度的稳定性，来保证检测到激光信号的精度。

4.按权利要求1所述的激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，其特征在于，所述的光谱仪采用了中阶梯光栅光谱仪，中阶梯光栅光谱仪将入射光经棱镜进行横向色散，在经中阶梯光栅进行主方向色散，从而在像面上呈现二维重叠光谱，采用面阵探测器进行接收。

5.按权利要求1所述的激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，其特征在于，所述的窗口镜用来密封钢炉，采用石英玻璃或其他透明材料制成的平板，并在表面根据钢炉冶炼的材料的热辐射谱特征，比如铁，镀有相应光谱频率的高反射膜，来实现对光谱信号的降噪处理。

6.按权利要求1所述的激光光谱诱导在线钢水成分检测系统，其特征在于，所述的套管采用陶瓷等耐高温材料制成，用来将钢炉中的激光束与其余空间隔离，降低钢水辐射光谱的影响。

7.按权利要求5所述的窗口镜，其特征在于，可以在窗口镜表面镀薄膜，实现对特殊波长的光进行定量的吸收，这种吸收用来实现对透过光谱的稳定性和强弱对比的控制，实现提高信噪比。

8.按权利要求5所述的窗口镜，其特征在于，可以在窗口镜材料中掺杂特殊的成分，比如针对铁离子辐射光谱吸收的物质，实现对特殊波长的光进行定量的吸收；这种吸收用来实现对诱导激发光谱的稳定性和强弱对比的控制，实现降噪。