熔融炉渣成分实时在线监测装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102305785A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102305785A(43)申请公布日2012.01.04(21)申请号201110216820.0(22)申请日2011.07.29(71)申请人中国科学院安徽光学精密机械研究所地址230031安徽省合肥市蜀山区蜀山湖路350号(72)发明人王静鸽王琦董凤忠陈兴龙倪志波梁云仙吴边(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理有限公司34112代理人余成俊(51)Int.Cl.G01N21/71(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称熔融炉渣成分实时在线监测装置(57)摘要本发明公开了一种熔融炉渣成分实时在线监测装置，包括激光导光臂、光学检测探头、多点驻留测量机械臂、信号发生与采集处理部分与后端控制系统。激光导光臂分别与信号发生与采集处理部分和光学检测探头相连接；光学检测探头为T形三通结构，内部固定有扩束准直透镜组、45°入射激光波长高反180-900nm高透镜、透镜阵列和聚焦透镜，并配置有光纤耦合接口，外部装有激光测距仪；信号发生与采集处理部分包括调Q激光器、光谱仪、增强型电荷耦合器件及微处理器等；后端控制系统主要完成激光测距仪、多点驻留测量机械臂以及冷却气体流量等的控制。本发明具有分析速度快、无需取样的特点，能在高温恶劣环境下同时实现熔融炉渣中多种成分的实时在线监测。CN1023578ACCNN110230578502305792A权利要求书1/2页1.熔融炉渣成分实时在线监测装置，其特征在于：包括有激光导光臂、光学检测探头、多点驻留测量机械臂、信号发生与采集处理部分以及后端控制系统，其特征在于：所述激光导光臂为多关节激光导光臂，激光导光臂一端接入信号发生与采集处理部分，另一端接入光学检测探头中；所述光学检测探头为T型三通结构，三个管口分别位于竖向顶面、竖向底面、水平侧面，其中竖向顶面的管口中设置有中心轴竖直的聚焦透镜，竖向底面的管口中从上至下依次设置有分别与聚焦透镜中心轴重合的透镜阵列、玻璃窗口，水平侧面的管口中设置有中心轴水平的扩束准直透镜组，三个管口中心轴交汇处还倾斜设置有反射面朝向水平侧面的管口及竖向底面的管口的45°入射激光波长高反180-900nm高透镜，竖向底面的管口外侧壁上还对称安装有激光测距仪，所述激光导光臂的接入端连接至光学检测探头水平侧面的管口处，所述光学检测探头竖向底面的管口朝向待检测熔融炉渣液面；所述多点驻留测量机械臂为多关节机械臂，其执行末端与所述光学检测探头连接为一体，多关节机械臂带动光学检测探头在竖直方向升降、水平方向平移，以及在水平面内转动、在竖直面内调整俯仰角；所述信号发生与采集处理部分包括调Q激光器、光谱仪、增强型电荷耦合器件及微处理器，调Q激光器向激光导光臂的接入端发射激光脉冲，通过激光导光臂将激光脉冲从光学检测探头水平侧面的管口送入光学检测探头中，所述光学检测探头竖向顶面的管口与光谱仪输入端之间连接有传导光纤束，所述光谱仪输出端接入增强型电荷耦合器件信号输入端，增强型电荷耦合器件信号输出端接入微处理器中；所述激光脉冲从光学检测探头水平侧面的管口入射，经过光学检测探头中的扩束准直透镜组后入射至所述45°入射激光波长高反180-900nm高透镜，被45°入射激光波长高反180-900nm高透镜反射后依次通过透镜阵列、玻璃窗口后从光学检测探头竖向底面的管口出射至待检测熔融炉渣，各个激发点上的炉渣被烧蚀汽化，形成高温高密度的等离子体，等离子体辐射出炉渣组分元素所对应的特征光谱信号，所述光谱信号入射至光学检测探头竖向底面的管口中，依次经过玻璃窗口、透镜阵列后，再透射过所述45°入射激光波长高反180-900nm高透镜并入射至光学检测探头竖向顶面管口中的聚焦透镜，经过聚焦透镜后从光学检测探头竖向顶面管口出射至传导光纤束，所述传导光纤束将光谱信号传送至光谱仪，光谱仪对接收到的光谱信号进行分光，并将光谱信号耦合至增强型电荷耦合器件，通过增强型电荷耦合器件将光谱信号转化为电信号后传送至微处理器进行处理。2.根据权利要求1所述的熔融炉渣成分实时在线监测装置，其特征在于：所述透镜阵列由中心轴竖直的光学基底，以及设置在光学基底顶面的多片六边形透镜构成。3.根据权利要求1所述的熔融炉渣成分实时在线监测装置，其特征在于：光学检测探头侧壁上设置有供惰性气体进入的进气口，沿光学检测探头内壁设置多个供惰性气体流出的气道。4.根据权利要求1所述的熔融炉渣成分实时在线监测装置，其特征在于：所述多点驻留测量机械臂为由三个测量臂、三个机械臂关节、底座、立柱、执行末端构成的三关节机械臂，所述立柱竖向连接在底座上，第一个测量臂竖直设置，且第一个测量臂与立柱之间通过滑动配合来实现其在水平面内的旋转和竖