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安全的必要前提，水泥品質檢驗是水泥生產過程中的一個重要環(huán)節(jié)，在整個水泥生產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