一種耐高溫熔體的libs接觸式探頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，頂端的上部設有進氣閥門，頂端與中端之間設有調風環，底端的側壁設有出氣口，進氣閥門和出氣口配合所述調風環組成氣體循環系統；頂端內設有介質膜反射鏡，頂端的一側設有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光耦合光路，該光路正交于激光入射光路；中端內固定有反射式望遠鏡鏡筒；底端內設有組合錐筒和熱敏電阻。基于激光誘導等離子體光譜技術，實現熔融金屬元素含量檢測在線檢測，特別是在熔融金屬表面有浮渣或者其他干擾的工況下，對冶金工藝的改善具有重要意義。
【專利說明】
一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭
技術領域
[0001]本發明涉及一種耐高溫探頭，尤其是一種可用于LIBS技術檢測的耐高溫熔體的接觸式探頭。
【背景技術】
[0002]LIBS技術是應用于冶金在線成分檢測的最具前景技術。由于冶金現場存在大量的粉塵，直接采用遙測系統進行光譜信號采集具有較大不穩定性，因此采用接觸式探頭實現相對穩定的測量環境，對LIBS冶金在線應用具有重要意義。考慮到冶金熔體溫度一般在800-1600°C左右，接觸式探頭必須具備良好的隔熱和冷卻性能。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]本發明展示的一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，所述頂端的上部設有進氣閥門，所述頂端與中端之間設有調風環，所述底端的側壁設有出氣口，所述進氣閥門和出氣口配合所述調風環組成氣體循環系統；
[0006]所述頂端內設有介質膜反射鏡，所述頂端的一側設有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光親合光路，該光路垂直于激光入射光路；
[0007]所述中端內固定有鏡筒；
[0008]所述底端內設有組合錐筒和熱敏電阻；
[0009]所述各端之間加入高溫隔熱密封片。
[0010]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，克服了LIBS遠程測量時的空間不穩定性和粉塵及遮擋物的影響，可以實現熔融金屬元素含量的直接在線檢測，特別是在熔融金屬表面有浮渣或者其他干擾的工況下，對冶金工藝的改善具有重要意義。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例提供的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭的原理示意圖。
[0012]圖2為本發明實施例提供的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭的結構示意圖。
[0013]圖中:
[0014]1、頂端，2、光纖接頭，3、單透鏡，4、調風環，5、鏡筒，6、中端，7、底端，8、組合錐筒，
9、出氣口，1、隔熱密封片，11、前端，12、進氣閥門，13、介質膜反射鏡，14、凹面反射鏡，15、電控平移臺，16、凸面反射鏡，17、熱敏電阻，18、熔融金屬液體。
【具體實施方式】
[0015]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0016]本發明的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其較佳的【具體實施方式】是:
[0017]包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，所述頂端的上部設有進氣閥門，所述頂端與中端之間設有調風環，所述底端的側壁設有出氣口，所述進氣閥門和出氣口配合所述調風環組成氣體循環系統；
[0018]所述頂端內設有介質膜反射鏡，所述頂端的一側設有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光親合光路，該光路正交于激光入射光路；
[0019]所述中端內固定有鏡筒；
[0020]所述底端內設有組合錐筒和熱敏電阻。
[0021]所述頂端、中端和底端為高溫不銹鋼腔體，所述前端為氧化鋁陶瓷筒。
[0022]所述鏡筒為施瓦茲齊德望遠鏡結構，包括上部的凹面反射鏡和下部的凸面反射
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[0023]所述前端與底端以及底端與中端之間裝有隔熱密封片。
[0024]整個探頭固定在電控平移臺上，測量時探頭前端浸入熔融金屬。
[0025]激光誘導等離子體光譜技術利用高能脈沖激光聚焦燒蝕樣品產生等離子體，通過對所獲得的等離子體發射光譜信號進行分析得到樣品的元素含量信息，具有安全、快速的優勢。
[0026]本發明接觸式探頭耐高溫用于熔融金屬元素含量的直接在線檢測，特別是在熔融金屬表面有浮渣或者其他干擾的工況下，對冶金工藝的改善具有重要意義。
[0027]本發明的探頭前端穿過浮渣浸入到熔融金屬中，可以對熔融金屬的元素含量進行接觸式測量。探頭分四段式設計，頂端、中端、底端和前端。其中，頂端包括二向色鏡和信號光耦合光路，二向色鏡透激光并反射信號光，信號光經信號光耦合光路進入光纖束，再分別輸送到光譜探測系統，通過對相應光譜進行分析實現當前熔融金屬元素含量的測量；中端包括激光聚焦和信號光采集光路，焦點位置可調;底端為光路保護部分;前端為耐高溫陶瓷筒;整個探頭上端的進氣閥門和下端出氣口組成氣體循環系統，輔助以自身溫度監測系統。
[0028]氣體循環系統從檢測開始到結束都保持工作，通過自身溫度監測系統的溫度反饋，調節到合適的氣體流速，對內部的光學元件進行清潔和冷卻，同時擴大光譜探測范圍；工作時，脈沖激光經中端聚焦到熔融金屬表面，燒蝕產生等離子體，等離子體輻射的信號光再經中端采集，由頂端送到元素含量檢測系統。
[0029]本發明工作時具體步驟為:
[0030]開始測量前，進氣閥門開啟；
[0031 ]將探頭前端部分浸入熔融金屬，同時調節氣體流速；
[0032]激光脈沖經過中端聚焦到熔融金屬表面，產生的等離子體信號經中端采集并由頂端傳輸到元素含量檢測系統；
[0033]調節焦點位置，直到采集到的信號光譜強度最大；
[0034]重復步驟3，得到足夠可以做含量分析的光譜數據后，由計算機完成元素含量分析；
[0035]測量完成，關閉閥門，將探頭提升到準備位置。
[0036]本發明探頭可以直接檢測熔融金屬元素含量，核心在于探頭前端可以浸入熔融金屬，快速測量元素含量和溫度，結構緊湊，信號穩定。探頭焦點位置可精密調節，配合氣體循環系統和自身溫度監測系統，大大增加探測空間范圍和波段范圍。可對熔融金屬的元素含量進行在線監測，特別是在熔融金屬表面有浮渣的復雜工況。
[0037]本發明采用分段式設計。頂端包括二向色鏡和信號光耦合光路，二向色鏡透激光并反射信號光，信號光經信號光耦合光路進入光纖束，再輸送到光譜探測系統，通過對光譜進行分析實現當前熔融金屬元素含量測量；中端包括激光聚焦和信號光采集光路，焦點位置可調；底端為光路保護部分，在阻止大部分熱輻射和粉塵上升的同時，組成氣體流道;前端為耐高溫陶瓷筒，工作時部分浸入到熔融金屬液中，形成較為封閉穩定的檢測空間。整個探頭上端的進氣閥門和下端出氣口組成氣體循環系統，配合自身的溫度監測系統，給探頭通入合適流速的保護氣體，對光學元件進行防塵保護和冷卻，同時有助于提高光譜透過率。
[0038]具體實施例:
[0039]如圖1和圖2所示。探頭分為四段，頂端1、中端6和底端7為高溫不銹鋼腔體，前端11為氧化鋁陶瓷筒。其中，頂端包括介質膜反射鏡13、由單透鏡3和光纖接頭2組成的信號光耦合光路；中端內固定鏡筒，鏡筒為施瓦茲齊德望遠鏡結構，實現激光聚焦和信號光采集，由凹面反射鏡14和凸面反射鏡16組成;底端包括組合錐筒8和出氣口 9;前端和底端以及底端和中端之間都裝有隔熱密封片10;進氣閥門12和出氣口 9配合調風環4組成氣體循環系統。
[0040]整個探頭固定在重載精密電控平移臺15上，17為熱敏電阻，18為熔融金屬液體。[0041 ]本實施例具體工作流程為:
[0042]進氣閥門12開啟，等待測量開始；
[0043]熔融金屬18表面破渣后，電控平移臺15移動探頭，將陶瓷筒11部分浸入液面，同時通過熱敏電阻反饋的溫度信號調節氣體流速；
[0044]脈沖激光進入探頭，透過介質膜反射鏡13，經凸面反射鏡16反射，由凹面反射鏡14聚焦到液面;產生的等離子體信號沿原光路返回，被介質膜反射鏡13反射后，由透鏡3耦合進入接在光纖接頭上的光纖束，再輸送到光譜儀，獲得LIPS光譜信號；
[0045]記錄步驟3中獲得的光譜信號強度，然后驅動電控平移臺15，調節探頭的焦點位置；
[0046]重復步驟3-4，直到采集到的光譜信號強度最大，即獲得探頭最佳的焦點位置；
[0047]在探頭的最佳焦點位置處，重復步驟3，獲得足夠的光譜數據，由計算機做含量分析即可得到元素含量信息；
[0048]完成測量后，驅動電控平移臺15，將探頭提升到準備位置；
[0049]進氣閥關閉12，等待下一次測量。
[0050]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，包括自上而下依次布置的頂端、中端、底端和前端，所述頂端的上部設有進氣閥門，所述頂端與中端之間設有調風環，所述底端的側壁設有出氣口，所述進氣閥門和出氣口配合所述調風環組成氣體循環系統； 所述頂端內設有介質膜反射鏡，所述頂端的一側設有由單透鏡和光纖接頭組成的信號光耦合光路，該光路垂直于激光入射光路； 所述中端內固定有鏡筒； 所述底端內設有組合錐筒和熱敏電阻。2.根據權利要求1所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，所述頂端、中端和底端為高溫不銹鋼腔體，所述前端為耐高溫陶瓷筒。3.根據權利要求2所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，所述鏡筒為反射式望遠鏡結構。4.根據權利要求3所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，所述反射式望遠鏡為施瓦茲齊德望遠鏡或者卡塞格林望遠鏡。5.根據權利要求3所述的可以同時檢測熔融金屬元素含量和溫度的接觸式探頭，其特征在于，所述前端與底端以及底端與中端之間裝有高溫隔熱密封片。6.根據權利要求1至5任一項所述的耐高溫熔體的LIBS接觸式探頭，其特征在于，整個探頭固定在平移臺上，測量時探頭前端浸入熔融金屬。
【文檔編號】G01N21/01GK105823771SQ201610411896
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】潘從元, 曾強, 費騰, 王秋平, 王聲波
【申請人】中國科學技術大學