脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体成分测量技术领域，具体涉及一种脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置和方法。
【背景技术】
[0002]目前对于过程工业中固体样品的元素测量主要采用传统离线化学分析法和电感耦合等离子体光谱法等。但是这类分析法方通常需要先进行采样，再送至实验室进行制样和分析。从采样、制样到检验结果的报出一般需要几个小时，检测结果严重滞后于工业过程。这不仅在一定程度上造成了能源的浪费，不利于工业过程生产的实时控制和优化运行。因此采用先进、快速的分析手段已经成为当务之急。近些年来，随着技术的发展陆续出现了一些固体成分在线分析仪，目前市场上相对成熟的主要有X射线荧光光谱分析技术、γ射线技术和中子活化分析技术(PGNAA)。X射线荧光光谱分析技术测量周期较长，分析精度较差，一般只能分析原子量大于23的元素，而且受样品特性的影响大，在运行期间需要经常校正。中子瞬发γ射线活化分析技术中γ射线对人体存在很大的安全隐患，双能γ射线投射法测量精度受矿物元素(如铁)含量波动的影响较大，误差较大。这类设备的技术复杂，售价高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决目前固体成分测量周期长，受样品特性影响大，设备故障率高、测量结果精度低等问题，本发明一方面提供一种脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其方案如下:
脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置和方法，包括主机单元和测量单元，
所述主机单元包括显示屏、控制模块、光谱分析处理模块、脉冲高压电源模块；所述控制模块用于控制测量装置的参数设置，包括装置启动开关、脉冲频率、脉冲高压电源的电压、光谱采集的延时和门宽；所述光谱分析处理模块用于分析由采光探头接收到的光谱信号，并计算和存储获得的固体成分测量数据；所述显示屏用于显示固体成分测量结果、脉冲放电频率、高压电源电压、装置运行/停止状态；
所述测量单元包括右上而下依次连接设置的进料斗、样品仓、用于开启和停止下料的下料控制装置、下料口、测量室，所述测量室竖壁上相对地设置有一对放电电极，固体粉末掉落路径位于两个放电电极之间，所述放电电极的正负两极与脉冲高压电源模块通过导线连接；所述测量室的内壁还设置有与所述放电电极放电端位于同一水平面的采光探头，用于接收固体粉末样品激发形成的发射光谱信号，所述光纤探头通过光纤连接光谱分析处理丰旲块。
[0004]进一步地，所述测量室的内壁四角设置有与所述放电电极放电端位于同一水平面的四个采光探头，从而多角度接收光信号，提高测量的精确度。
[0005]进一步地，所述下料控制装置包括相对地设置在样品仓内壁同一高度上的激光发射器和光电探测器、设置在所述样品仓底部的下料挡板，当光电探测器检测到激光时下料挡板关闭，当固体粉末样品堆积高度达到阻隔激光光路使光电探测器无法检测到激光信号时下料挡板开启下料，同时向脉冲高压电源模块输出触发信号。
[0006]进一步地，所述样品仓内的样品堆积高度通过调节激光发射器和光电探测器在样品仓内的高度实现，以满足不同的测量需要。
[0007]进一步地，所述测量室底部的卸料口处设置有废样阀，方便卸料。
[0008]本发明另一方面提供了一种采用如所述测量装置的固体成分测量方法，其方案如下:
采用如所述测量装置的固体成分测量方法，包括以下步骤:
1)将待测的固体粉末样品通过进料斗进入样品仓，当固体粉末样品堆积到一定高度后下料控制装置开启下料挡板使固体粉末样品通过下料口以颗粒流的模式进入测量室的同时，下料控制装置同步输出信号触发主机单元1中的脉冲高压电源模块工作，以设置好的频率通过放电电极进行脉冲放电，并形成空气等离子体；
2)固体粉末样品流经放电电极间的空气等离子体时被瞬间激发电离，向外发射光谱信号，通过采光探头接收光谱信号进入光纤，由光纤传输并采集至主机中的光谱分析处理模块；
3)采集到的光谱信号由光谱分析处理模块中的元素定量分析模型转化为元素含量，并将元素含量的测量结果显示在主机单元的显示屏上，同时存储在主机单元的光谱分析处理模块中。
[0009]进一步地，所述当固体粉末样品堆积到一定高度后下料控制装置开启下料挡板使固体粉末样品通过下料口以颗粒流的模式进入测量室的同时，下料控制装置同步输出信号触发主机单元中的脉冲高压电源模块工作的步骤具体为:当固体粉末样品堆积到一定高度后，固体粉末样品阻隔所述下料控制装置的激光发射器发出的激光，使光电探测器无法检测到激光信号时，下料挡板开启使固体粉末样品通过下料口以颗粒流的模式进入测量室的同时，下料控制装置的光电探测器同步输出信号触发主机单元中的脉冲高压电源模块工作。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1、结构简单，提高现场长时间运行的可靠性。
[0011]2、通过合理设计的进料口可以和不同的工业过程粉末样品取样系统连接实现在线测量，也适用于人工制备粉末样品的快速测量。
[0012]3、可实现固体样品中几乎所有元素的同步测量。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图。
[0014]图2为下料控制装置示意图。
[0015]图3为下料挡板关闭时的下料控制装置状态图。
[0016]图4为下料挡板开启时的下料控制装置状态图。
[0017]其中:1.主机单元；2.测量单元；3.显示屏；4.控制模块；5.光谱分析处理模块；6.脉冲尚压电源t旲块；7.进料斗；8.样品仓；9.下料控制装置；10.下料口 ；11.放电电极；12.测量室；13.废样阀；14.采光探头；15.导线；16.光纤；17.激光发射器；18.光电探测器；19.下料挡板。
【具体实施方式】
[0018]下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，下面结合附图和具体实施发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0019]如图1和图2所示，脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，包括主机单元1和测量单元2，
所述主机单元1包括显示屏3、控制模块4、光谱分析处理模块5、脉冲高压电源模块6 ;所述控制模块4用于控制测量装置的参数设置，包括装置启动开关、脉冲频率、脉冲高压电源的电压、光谱采集的延时和门宽；所述光谱分析处理模块5用于分析由采光探头14接收到的光谱信号，并计算和存储获得的固体成分测量数据；所述显示屏3用于显示固体成分测量结果、脉冲放电频率、高压电源电压、装置运行/停止状态；
所述测量单元2包括右上而下依次连接设置的进料斗7、样品仓8、用于开启和停止下料的下料控制装置9、下料口 10、测量室12，所述测量室12竖壁上相对地设置有一对放电电极11，固体粉末掉落路径位于两个放电电极11之间，所述放电电极11的正负两极与脉冲高压电源模块6通过导线15连接；所述测量室12的内壁四角设置有与所述放电电极11放电端位于同一水平面的四个采光探头14，用于接收固体粉末样品激发形成的发射光谱信号，四个采光探头14从多角度接收光信号，提高测量的精确度，所述光纤探头14通过光纤16连接光谱分析处理模块5，所述测量室12底部设置有废样阀13。
[0020]具体来说，如图3所示，所述下料控制装置9包括相对地设置在样品仓8内壁同一高度上的激光发射器17和光电探测器18、设置在所述样品仓8底部的下料挡板19，所述样品仓8内的样品堆积高度通过调节激光发射器17和光电探测器18在样品仓8内的高度实现，以满足不同的测量需要。当光电探测器18检测到激光时下料挡板19关闭(图3)，当固体粉末样品堆积高度达到阻隔激光光路使光电探测器18无法检测到激光信号时下料挡板19开启下料，同时向脉冲高压电源模块6输出触发信号(图4)。
[0021]本实施例提供的固体成分测量装置使用方便，结构简单，提高现场长时间运行的可靠性。通过合理设计的进料口可以和不同的工业过程粉末样品取样系统连接，可以实现在线测量。同时可以将固体样品通过人工制样，制备成粉末样品直接放入本测量装置进行快速测量，可实现固体样品中几