CN206132617U - 元素激光检测分析仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种元素激光检测分析仪器，元素激光检测分析仪器包括：输送组件，所述输送组件用于搭载并移动待测矿物；激光装置，所述激光装置包括脉冲激光器和激光处理装置，所述脉冲激光器用于发出激光并将激光通过激光处理装置处理后照射至输送组件上的待测矿物上；光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，所述光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集经过激光照射后的待测矿物表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的矿物元素信息的光谱，并将其传递给光谱仪；计算机，所述计算机与所述光谱仪相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。本实用新型可以得到高精度的矿物元素在线分析结果。

Description

元素激光检测分析仪器

技术领域

本实用新型涉及一种元素激光检测分析仪器。

背景技术

目前，在绝大多数的矿产行业中，不管是生产、储存还是使用，都会对矿物进行分析检测。矿产中各元素含量的多少直接影响到产品的生产、使用效率，根据矿物元素含量的不同以及矿物的有用元素贮存方式(岛状结构、链状结构)，实时调整、优化生产工艺，在洗选富集过程中可以通过实时调整生产工艺使选矿过程更加高效，提高精矿回收率，减少抛尾；在矿物冶炼过程中，则可以提高冶炼效率，并且通过对环境不友好型元素的检测，调整吸收工艺，可以有效以最低成本对有害元素进行回收；在产品使用阶段，则可以通过对元素的检测，将不合格产品剔除。传统的元素测量方法具有分析速度慢，工艺繁琐，无法实现在线过程控制等缺陷，往往在矿物生产富集使用过程中有较大的滞后性，经常造成资源的浪费与环境的污染。

目前常用的矿物元素的在线分析技术为X射线荧光技术，中子感生瞬发伽马射线分析技术和双能伽马射线透射技术。X射线荧光技术只能测量原子序数大于11的元素，对矿物中的碳元素、氢元素、氮元素等无法测量，造成了不能对复杂结构矿物检测，并且测量精度和灵敏度不高。中子感生瞬发伽马射线分析技术存在投资大，辐射危害大和放射源半衰期短的缺点。而双能伽马射线技术则无法进行全元素分析，成本高并有安全隐患。由于存在这些缺点，这些技术并没有得到广泛的应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种元素激光检测分析仪器，它可以得到高精度的矿物元素在线分析结果。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种元素激光检测分析仪器，它包括：

输送组件，所述输送组件用于搭载并移动待测矿物；

激光装置，所述激光装置包括脉冲激光器和激光处理装置，所述脉冲激光器用于发出激光并将激光通过激光处理装置处理后照射至输送组件上的待测矿物上；

光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，所述光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集经过激光照射后的待测矿物表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的矿物元素信息的光谱，并将其传递给光谱仪；

计算机，所述计算机与所述光谱仪相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。

进一步，所述输送组件中包括输送皮带，所述待测矿物放置在输送皮带上。

进一步为了扩大所述脉冲激光器发出的激光的光斑直径，所述激光处理装置包括用于扩大所述脉冲激光器发出的激光的光斑直径的扩束镜。

进一步，为了将激光聚焦，所述激光处理装置包括聚焦镜。

进一步为了通过改变其激光的照射方向，从而使激光照射至输送组件上的待测矿物上，以及能够使激光照射在矿物表面的能量更加稳定并且方便安装调整，所述激光处理装置还包括改变激光照射位置的反光镜组，所述脉冲激光器发出的激光先经过扩束镜、聚焦镜再经过反光镜组后照射在输送组件上的待测矿物上。

进一步提供了一种具体的反光镜组的结构，所述反光镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述脉冲激光器发出的激光透过扩束镜、聚焦镜后正对第一反射镜，然后所述第一反射镜反射出的激光正对所述第二反射镜，所述第二反射镜反射出来的激光照射在输送组件上的待测矿物上。

进一步，所述扩束镜为凹面透镜，所述聚焦镜为凸面透镜，所述脉冲激光器发出的激光先进入凹面透镜再进入凸面透镜。

进一步为了使得采集到的有效光谱信息最强，所述光谱采集组件包括凹面反射镜、凸面反射镜、准直镜和光纤，带有相应的矿物元素信息的光谱通过凹面反射镜聚集到凸面反射镜上，再通过凸面反射镜聚集到准直镜中，所述光纤的一端与所述准直镜相连，所述光纤的另一端与所述光谱仪相连。

进一步，所述脉冲激光器的控制输入端与所述计算机相连，所述脉冲激光器的触发信号输出端与所述光谱仪相连。

本实用新型还提供了一种矿物元素分析方法，它应用元素激光检测分析仪器，方法的步骤中含有：

(a)输送组件将待测矿物运输至检测区域；

(b)采用脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光处理装置处理后照射至输送组件上的待测矿物上，此时所述待测矿物的表面激发出等离子体，等离子体辐射出的带有相应的矿物元素信息的光谱被光谱采集组件采集并送至光谱仪进行分析，分析后输出的光谱响应信号采集至计算机中；

(c)在计算机中，根据多个光谱响应信号进行建模分析，并将一定时间内的光谱响应信号和该时间段化验室得到的元素含量进行数学比对分析，建立模型；通过连续的在线运行，将每次得到的光谱响应信号作为模型的输入，通过模型分析出实时的矿物元素元素含量。

进一步，在所述的步骤(b)中，在激光照射输送组件上的待测矿物的过程中，通过输送组件带动待测矿物的移动，变换激光在待测矿物上打点的点位。

采用了上述技术方案后，本实用新型的方法通过将激光装置直接架设在输送组件的上方，待测矿物通过输送组件被不间断地输送到输送组件上的检测区域，之后通过自动多点测量，平均光谱响应信号，建立起光谱响应信号和矿物元素含量的数学模型，最后利用该数学模型对矿物元素进行在线分析，从而获得高精度的在线结果，相比于其他激光诱导击穿光谱(LIBS)检测方法，克服了LIBS表面采样代表性差的问题，克服了采制样复杂的问题，相比于其他在线矿物元素测量方法，测量精度高，并且没有辐射源，投资小，体积小，方便安装。

附图说明

图1为本实用新型的元素激光检测分析仪器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种元素激光检测分析仪器，它包括：

输送组件，所述输送组件用于搭载并移动待测矿物；待测矿物在输送组件上不间断送入检测区域且将实时分析检测之后的待测矿物送出；

激光装置，所述激光装置包括脉冲激光器和激光处理装置，所述脉冲激光器用于发出激光并将激光通过激光处理装置处理后照射至输送组件上的待测矿物上；

光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，所述光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集经过激光照射后的待测矿物表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的矿物元素信息的光谱，并将其传递给光谱仪；

计算机，所述计算机与所述光谱仪相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。

如图1所示，所述输送组件中包括输送皮带9，所述待测矿物放置在输送皮带9上。

如图1所示，所述激光处理装置包括用于扩大所述脉冲激光器发出的激光的光斑直径的扩束镜，用于聚焦激光的聚焦镜，所述扩束镜为凹面透镜1，所述聚焦镜为凸面透镜2，所述脉冲激光器发出的激光先进入凹面透镜1再进入凸面透镜2。

如图1所示，所述激光处理装置还包括改变激光照射位置的反光镜组，所述脉冲激光器发出的激光先经过扩束镜与聚焦镜再经过反光镜组后照射在输送组件上的待测矿物上，所述反光镜组可以包括第一反射镜3和第二反射镜4，所述脉冲激光器发出的激光透过扩束镜和聚焦镜后正对第一反射镜3，然后所述第一反射镜3反射出的激光正对所述第二反射镜4，所述第二反射镜4反射出来的激光照射在输送组件上的待测矿物上。激光通过扩束镜之后光斑直径被放大，再通过聚焦镜将激光聚焦，然后正对着入射到第一反射镜3，通过第一反射镜3的反射之后入射到第二反射镜4上，再通过第二反射镜4的反射，将激光照射到待测矿物上，使得激光入射角度可以调整，使空间布置更加方便。

如图1所示，所述光谱采集组件包括凹面反射镜6、凸面反射镜5、准直镜7和光纤8，带有相应的矿物元素信息的光谱通过凹面反射镜6聚集到凸面反射镜5上，再通过凸面反射镜5聚集到准直镜7中，所述光纤8的一端与所述准直镜7相连，所述光纤8的另一端与所述光谱仪相连。

如图1所示，所述脉冲激光器的控制输入端与所述计算机相连，所述脉冲激光器的触发信号输出端与所述光谱仪相连。

一种矿物元素分析方法，它应用所述元素激光检测分析仪器，方法的步骤中含有：

(a)输送组件将待测矿物运输至检测区域；

(b)采用脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光处理装置处理后照射至输送组件上的待测矿物上，此时所述待测矿物的表面激发出等离子体，等离子体辐射出的带有相应的矿物元素信息的光谱被光谱采集组件采集并送至光谱仪进行分析，分析后输出的光谱响应信号采集至计算机中；

(c)在计算机中，根据多个光谱响应信号进行建模分析，并将一定时间内的光谱响应信号和该时间段化验室得到的元素含量进行数学比对分析，建立模型；通过连续的在线运行，将每次得到的光谱响应信号作为模型的输入，通过模型分析出实时的矿物元素元素含量。

在所述的步骤(b)中，在激光照射输送组件上的待测矿物的过程中，通过输送组件带动待测矿物的移动，变换激光在待测矿物上打点的点位。

所述输送组件只需不间断运行，其将待测矿物输送到检测区域下进行检测，随着检测的运行，检测过的待测矿物被实时输送到指定位置(譬如：排放口)。

检测过程中，激光检测与输送组件均为不间断运行，通过一定时间内的光谱信息整理作为该时间段的矿物元素含量响应信号。

本实用新型的脉冲激光器采用Nd:YAG脉冲激光器，激光波长为1064nm，脉宽为5ns，在检测的时候采用能量为90mJ的激光对待测矿物进行激发并通过瞬间高温在待测矿物表面激发出等离子体，等离子体向外发射出带有待测样品信息的光信息，这些光信息通过凹面反射镜6与凸面反射镜5的聚集之后被准直镜7收集，随后通过光纤8传送到光谱仪中，光在光谱仪中成像并将结果发送至计算机中进行处理。

在检测***中，脉冲激光器与扩束镜、聚焦镜、两个反射镜以及输送组件布置在同一垂直平面内，调整角度使得脉冲激光器出光口正对扩束镜、聚焦镜，激光通过扩束镜、聚焦镜之后光束垂直正对第一反射镜3中心，第一反射镜3反射出来的激光正对第二反射镜4中心，第二反射镜4反射出来的激光直接照射在输送组件上的矿物表面并产生等离子体，等离子体发射出来的光信号经过凹面反射镜6和凸面反射镜5聚集之后被准直镜7收集，准直镜7通过光纤8与光谱仪连接，并把收集到的等离子体发射出来带有样品信息的光通过光纤8发送到光谱仪，光谱仪经过脉冲激光器的输出信号控制，在产生激光脉冲一定延时之后，在辐射最弱、有效光谱最强的时候成像，成像后将光谱发送到光谱仪，输送组件同时在持续不断地运行，将一定时间内所采集到的光谱作为这一段时间的代表信息。

以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种元素激光检测分析仪器，其特征在于，它包括：

输送组件，所述输送组件用于搭载并移动待测矿物；

激光装置，所述激光装置包括脉冲激光器和激光处理装置，所述脉冲激光器用于发出激光并将激光通过激光处理装置处理后照射至输送组件上的待测矿物上；

光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，所述光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集经过激光照射后的待测矿物表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的矿物元素信息的光谱，并将其传递给光谱仪；

计算机，所述计算机与所述光谱仪相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。

2.根据权利要求1所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述输送组件中包括输送皮带(9)，所述待测矿物放置在输送皮带(9)上。

3.根据权利要求1所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述激光处理装置包括用于扩大所述脉冲激光器发出的激光的光斑直径的扩束镜和用于将激光聚焦的聚焦镜。

4.根据权利要求3所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述扩束镜为凹面透镜(1)，所述聚焦镜为凸面透镜(2)，所述脉冲激光器发出的激光先进入凹面透镜(1)再进入凸面透镜(2)。

5.根据权利要求3所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述激光处理装置还包括改变激光照射位置的反光镜组，所述脉冲激光器发出的激光先经过扩束镜、聚焦镜再经过反光镜组后照射在输送组件上的待测矿物上。

6.根据权利要求5所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述反光镜组包括第一反射镜(3)和第二反射镜(4)，所述脉冲激光器发出的激光透过扩束镜和聚焦镜后正对第一反射镜(3)，然后所述第一反射镜(3)反射出的激光正对所述第二反射镜(4)，所述第二反射镜(4)反射出来的激光照射在输送组件上的待测矿物上。

7.根据权利要求1所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述光谱采集组件包括凹面反射镜(6)、凸面反射镜(5)、准直镜(7)和光纤(8)，带有相应的矿物元素信息的光谱通过凹面反射镜(6)聚集到凸面反射镜(5)上，再通过凸面反射镜(5)聚集到准直镜(7)中，所述光纤(8)的一端与所述准直镜(7)相连，所述光纤(8)的另一端与所述光谱仪相连。

8.根据权利要求1所述的元素激光检测分析仪器，其特征在于：所述脉冲激光器的控制输入端与所述计算机相连，所述脉冲激光器的触发信号输出端与所述光谱仪相连。