散装矿产品LIBS实时在线全元素检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及LIBS检测领域，尤其涉及散装矿产品LIBS实时在线全元素检测装置及检测方法。

背景技术

LIBS即是指激光诱导击穿光谱技术，它是以激光器为基础的诊断技术，已被证明能有效的测量各类介质中的各成分的浓度，包括气体，液体，固体介质。激光诱导击穿等离子体包括了电子和离子以及中性粒子，并且它显示了丰富的发射光谱。利用激光诱导击穿光谱技术能够实现多品种的元素检测。

当前对矿石中有害物质的测定方法包括原子吸收光度法和分光光度法等等，但是实际操作程序非常复杂，也比较耗时，会出现严重的基体干扰，缺乏灵敏度，实际检测结果也不够稳定，无法满足准确性和快速性的工作要求。LIBS，相比于传统手段，再矿产品检测方面，具有无需接触、微损及快速等优点，而且还可以对多种元素同时进行在线检测，无需样品处理。

现有的LIBS矿产品检测装置虽然能够满足基本的使用需求，但是弊端也还是十分明显的，其主要表现有：在对矿产品检测的过程中，传统装置大都只能够对产品的特定位置进行定位检测，导致检测的结果具有单一性，无法体现产品的全部特征。

为解决上述问题，本申请中提出散装矿产品LIBS实时在线全元素检测装置及检测方法。

发明内容

（一）发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出散装矿产品LIBS实时在线全元素检测装置，具有三维立体检测的特点。

同时，本发明中还提出了一种散装矿产品LIBS实时在线全元素检测方法，该检测方法具有检测灵敏度高、检测结果稳定的特点。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了散装矿产品LIBS实时在线全元素检测装置，包括有三维台和检测装置，所述三维台包括有底板，所述底板顶面的左侧固定连接有向上伸出的网板，所述底板顶面的右侧连接有传动装置，且传动装置的侧面安装有第一电机，所述传动装置的左侧连接有定位架，所述定位架的内腔安装有第二电机，所述第二电机的输出轴固定连接有转杆，且转杆的端头处安装有激光器；

所述检测装置包括有光谱仪、延时器和激光器，所述激光器上安装有位移传感器。

优选的，所述传动装置包括有防护框，所述防护框内腔的左侧安装有转盘，所述转盘的侧面铰接在传动杆的一端，所述防护框右侧的中部固定套接有滑环，且滑环的中部套接有贯穿防护框内外两侧的伸缩杆，所述传动杆的另一端和伸缩杆的左端相互铰接。

优选的，所述光谱仪上安装有显示屏。

优选的，所述底板底面的四周分别固定连接有底座，所述底座的数量有四个，且四个底座的底面在同一水平面上。

优选的，所述转杆自身呈Z形，所述转杆的宽度值小于激光器与底板之间距离的二分之一。

一种散装矿产品LIBS实时在线全元素检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

首先将需要检测的矿产品放置在网板的上方，然后打开装置的电源，在第一电机通电之后，传动装置将第一电机转动的作用力转变为第二电机左右活动的作用力，并且在第二电机通电之后，第二电机能够带动激光器呈圆周转动，从而使得激光器能够对矿产品的不同位置和角度实现检测作业；

激光束作用于矿产品表面，将样品击穿，形成等离子体，等离子体的辐射光经过透镜耦合至光谱仪的光纤输入端，利用光谱仪的分析软件对所得到的光谱信号进行分析处理。

优选的，所述激光器为脉冲激光器，具体为钇铝石榴石激光器、红宝石激光器和钕玻璃激光器中的一种。

优选的，所述激光器的重复频率为1Hz~5Hz，脉冲宽度为12ns，能量8mJ~35mJ，波长1056nm。

优选的，所述透镜为石英透镜，所述石英透镜的焦距f为50mm。

优选的，所述延时器的延时时间为3-5μs。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：本装置通过采用三维台的设计，在对矿产品检测的过程中，转动的激光器能够对产品实现旋转检测，并且传动装置可以带动激光器左右活动，从而可以使得激光器可以左右实时调节，大大提高了对产品的检测范围，解决了传统装置对矿产品检测位置较为单一的问题，间接提高了对矿产品检测的准确性，也是本装置可行性的体现。

本发明中的检测方法具有检测灵敏度高、检测结果稳定的特点。

附图说明

图1为本发明的三维台结构示意图；

图2为本发明的工作原理结构示意图；

图3为本发明的传动装置结构示意图。

附图标记：

1、底板；2、网板；3、传动装置；31、防护框；32、转盘；33、传动杆；34、滑环；35、伸缩杆；4、第一电机；5、定位架；6、第二电机；7、转杆；8、激光器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图所示，提供了散装矿产品LIBS实时在线全元素检测装置，包括有三维台和检测装置，三维台包括有底板1，底板1顶面的左侧固定连接有向上伸出的网板2，底板1顶面的右侧连接有传动装置3，且传动装置3的侧面安装有第一电机4，传动装置3的左侧连接有定位架5，定位架5的内腔安装有第二电机6，第二电机6的输出轴固定连接有转杆7，且转杆7的端头处安装有激光器8。利用三维台的设计，使得装置自身能够对矿产品自身的不同位置实现检测，并且统计多方位的检测数据，提高检测的准确性和可靠性。

检测装置包括有光谱仪、延时器和激光器，激光器上安装有位移传感器。光谱仪可以接收物体表面反射的光线，将成分复杂的光分解为光谱线，由于不同的元素反射的波长是不一样的，通过延时器将不同频段的波长进行统计，并且将与其相对应的元素体现出来，达到对产品元素检测的效果。

图3为本发明的传动装置结构示意图，传动装置3包括有防护框31，防护框31内腔的左侧安装有转盘32，转盘32的侧面铰接在传动杆33的一端，防护框31右侧的中部固定套接有滑环34，且滑环34的中部套接有贯穿防护框31内外两侧的伸缩杆35，传动杆33的另一端和伸缩杆35的左端相互铰接。其第一电机4的输出轴是套接在转盘32中部的，当第一电机4带动转盘32同步旋转时，转盘32自身能够使得传动杆33呈左右的轨迹实现活动，并且能够将自身活动的作用力通过伸缩杆35传递给定位架5。使得第一电机4转动的作用力能够转变为左右活动的作用力，使得激光器8能够对矿产品进行多方位检测的重要结构支持。滑环34使得伸缩杆35自身只能够沿着一定的轨迹伸缩活动。

在本实施例中，光谱仪上安装有显示屏。显示屏是光谱仪能够将检测信息能够向外展示的主要渠道，但是信息的展示不仅局限于此，其显示屏可以是打印机，也可以是绘图仪等其他设备。

如图1所示，底板1底面的四周分别固定连接有底座，底座的数量有四个，且四个底座的底面在同一水平面上。通过在底板1底面的四周分别采用底座的设计，并且四个底座的底面在同一水平面上，使得四个底座不仅能够给装置提供支撑的作用力，还可以确保装置自身的稳定性。

需要说明的是，转杆7自身呈Z形，转杆7的宽度值小于激光器8与底板1之间距离的二分之一。在对矿产品进行多方位检测的过程中，其第二电机6会带动激光器8不断旋转，由于转杆7自身的长度和宽度都是一定的，因此转杆7自身在转动时，不会和底板1的顶面发生碰撞或者摩擦，保证装置的正常运行。

本发明的工作原理及使用流程：使用前，首先将需要检测的矿产品放置在网板2的上方，然后打开装置的电源，在第一电机4通电之后，传动装置3能够将第一电机4转动的作用力转变为第二电机6左右活动的作用力，并且在第二电机6通电之后，第二电机6能够带动激光器8呈圆周转动，从而使得激光器8能够对矿产品的不同位置和角度实现检测作业。

在对矿产品检测的过程中，激光器8能够发射处强烈的光束，经过透镜照射在产品的表面，脉冲作用下的样品会吸收一定的光子能量，局部温度升高，当热电子和自由电子足够多，加之激光光束的作用，自由电子和发生电离之后的原子就会形成高密度的等离子体。随着温度的下降，高能轨道中的电子就会向低能轨道跃迁，在跃迁的过程中就会释放一定频率的特征光谱，这些特征光谱包含了样品中的元素信息。这些元素信息通过延时器再传递给光谱仪，光谱仪对所得到的光谱信号进行分析与处理，并显示出实时检测的元素信息。由于激光器8的位置是不断活动的，再配合位移传感器的共同使用，矿产品不同位置的检测信息都可以在光谱仪上显示出来。

对徐州某矿区的散装矿产品采用上述LIBS检测装置进行实时在线全元素检测方法，包括以下步骤：

首先将需要检测的矿产品放置在网板2的上方，然后打开装置的电源，在第一电机4通电之后，传动装置3将第一电机4转动的作用力转变为第二电机6左右活动的作用力，并且在第二电机6通电之后，第二电机6能够带动激光器8呈圆周转动，从而使得激光器8能够对矿产品的不同位置和角度实现检测作业；

激光束作用于矿产品表面，将样品击穿，形成等离子体，等离子体的辐射光经过透镜耦合至光谱仪的光纤输入端，利用光谱仪的分析软件对所得到的光谱信号进行分析处理。

本实施例中的激光器为脉冲激光器，具体为钇铝石榴石激光器、红宝石激光器和钕玻璃激光器中的一种，优选为钇铝石榴石激光器。激光器的重复频率为1Hz~5Hz，优选为2Hz，脉冲宽度为12ns，能量8mJ~35mJ，优选为25mJ，波长1056nm，透镜为石英透镜，石英透镜的焦距f为50mm，延时器的延时时间为3-5μs，优选为5μs。

借助已知元素的光谱数据，对其光谱线进行分析，从而将矿产品中的元素的特征谱线给挑选出来，汇总所有曲线，从而得知矿产品中的具体的元素种类和含量。

采用本发明中的方法，检测出该矿产品中含有Ni、Ba、U、Rh、Co等含量比较少的元素，且特征谱线比较清晰。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。