基于激光誘導擊穿光譜的水泥品質在線檢測研究.pdf

1、長期以來，水泥作為重要的膠凝材料，廣泛用于民用、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、交通和國防等工程。使用合格水泥是保證工程結構質量和生命財產(chǎn)安全的必要前提，水泥品質檢驗是水泥生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，在整個水泥生產(chǎn)過程中原料配比是決定水泥品質合格與否和成本高低的關鍵。及時掌握入窯水泥生料品質尤其是各種主量元素氧化物的含量，就能通過調整各原料皮帶秤速率達到原料配比的最優(yōu)化，從而提高入窯合格率，保證水泥產(chǎn)品質量。然而，目前我國大多數(shù)水泥廠所采用的水泥品質分

2、析方法主要局限于人工化驗、X射線熒光法（X-Ray Fluorescence, XRF）等，操作繁瑣且耗時長，無法及時反饋水泥生產(chǎn)中生料品質，甚至有輻射危害，難以保障現(xiàn)代水泥工業(yè)的時效性和安全性。因此，水泥行業(yè)在滿足精度要求的同時，迫切需要發(fā)展一種更加快速的水泥品質在線檢測方法。
　　激光誘導擊穿光譜（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）是一種新興的激光燒蝕光譜分析技術，它利用高功

3、率脈沖激光器與物質相互作用產(chǎn)生熒光等離子體，并采用光學系統(tǒng)對熒光等離子體收集，最后依據(jù)等離子體光譜特性及元素特征發(fā)射譜線實現(xiàn)對樣品的定性與定量分析。該技術因具有可多元素同時分析、無需樣品預處理、分析速度快、安全無輻射等優(yōu)勢，是一種非常有潛力的水泥品質在線測量方法。
　　本文首先客觀地描述了水泥行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前水泥行業(yè)的檢測方法；然后對LIBS技術的發(fā)展現(xiàn)狀、基本原理和技術特點進行了介紹；接著對基于LIBS技術的水泥品質在線檢

4、測進行了研究，驗證了該技術應用于水泥品質檢測的可行性；最后研制了基于LIBS技術的水泥品質在線檢測設備。論文主要完成了以下工作：
　　1.發(fā)展了為激光誘導擊穿光譜檢測提供連續(xù)均勻粉末樣品的氣動取送樣技術，具有氣路穩(wěn)壓、油水過濾、管道反吹、氣粉濃度調節(jié)等功能，解決了在線取送樣中存在的堵灰、板結、不連續(xù)、不均勻、光學系統(tǒng)易受粉塵污染等問題，同時免去了傳統(tǒng)人工取樣和樣品制備過程，為實現(xiàn)水泥生料品質的在線激光檢測提供了必要條件；
　

5、　2.提出了基于支持向量機光譜數(shù)據(jù)處理的定量分析方法，構建了有效的數(shù)據(jù)預處理方法，對滿足LTE態(tài)的等離子體進行了篩選，對元素特征譜線做了全譜歸一化以及二次篩選，最后使用Matlab工具包中的SVM函數(shù)對水泥生料中的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO五種氧化物進行了定標建模，定標模型對五種氧化物測量的平均絕對誤差分別為0.22％，0.38%，0.18%，0.022%和0.036%。
　　3.經(jīng)過光、機、電、氣一體化系統(tǒng)

6、集成，研制出水泥生料品質激光在線檢測成套裝備，裝備由氣動取送樣裝置、激光檢測裝置、信號采集與控制模塊、遠傳模塊和清潔裝置等組成，能夠實現(xiàn)對水泥生料氧化物含量及三率值的精確測量。工業(yè)現(xiàn)場測試結果證明，水泥生料氧化物測量精度：Al2O3（0.18%）、CaO(0.22%)、Fe2O3(0.022%)、MgO(0.036%)、SiO2(0.38%)；三率值測量精度：KH(0.07)、SM(0.07)、IM(0.07)；測量用時：1/3/5/1