基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的水泥品質(zhì)在線檢測(cè)研究.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái)，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(guó)防等工程。使用合格水泥是保證工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和生命財(cái)產(chǎn)安全的必要前提，水泥品質(zhì)檢驗(yàn)是水泥生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在整個(gè)水泥生產(chǎn)過(guò)程中原料配比是決定水泥品質(zhì)合格與否和成本高低的關(guān)鍵。及時(shí)掌握入窯水泥生料品質(zhì)尤其是各種主量元素氧化物的含量，就能通過(guò)調(diào)整各原料皮帶秤速率達(dá)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(zhì)量。然而，目前我國(guó)大多數(shù)水泥廠所采用的水泥品質(zhì)分

2、析方法主要局限于人工化驗(yàn)、X射線熒光法（X-Ray Fluorescence, XRF）等，操作繁瑣且耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)反饋水泥生產(chǎn)中生料品質(zhì)，甚至有輻射危害，難以保障現(xiàn)代水泥工業(yè)的時(shí)效性和安全性。因此，水泥行業(yè)在滿足精度要求的同時(shí)，迫切需要發(fā)展一種更加快速的水泥品質(zhì)在線檢測(cè)方法。
　　激光誘導(dǎo)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(shù)，它利用高功

3、率脈沖激光器與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生熒光等離子體，并采用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的定性與定量分析。該技術(shù)因具有可多元素同時(shí)分析、無(wú)需樣品預(yù)處理、分析速度快、安全無(wú)輻射等優(yōu)勢(shì)，是一種非常有潛力的水泥品質(zhì)在線測(cè)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(cè)方法；然后對(duì)LIBS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、基本原理和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹；接著對(duì)基于LIBS技術(shù)的水泥品質(zhì)在線檢

4、測(cè)進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了該技術(shù)應(yīng)用于水泥品質(zhì)檢測(cè)的可行性；最后研制了基于LIBS技術(shù)的水泥品質(zhì)在線檢測(cè)設(shè)備。論文主要完成了以下工作：
　　1.發(fā)展了為激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)提供連續(xù)均勻粉末樣品的氣動(dòng)取送樣技術(shù)，具有氣路穩(wěn)壓、油水過(guò)濾、管道反吹、氣粉濃度調(diào)節(jié)等功能，解決了在線取送樣中存在的堵灰、板結(jié)、不連續(xù)、不均勻、光學(xué)系統(tǒng)易受粉塵污染等問(wèn)題，同時(shí)免去了傳統(tǒng)人工取樣和樣品制備過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)水泥生料品質(zhì)的在線激光檢測(cè)提供了必要條件；
　

5、　2.提出了基于支持向量機(jī)光譜數(shù)據(jù)處理的定量分析方法，構(gòu)建了有效的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，對(duì)滿足LTE態(tài)的等離子體進(jìn)行了篩選，對(duì)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(duì)水泥生料中的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO五種氧化物進(jìn)行了定標(biāo)建模，定標(biāo)模型對(duì)五種氧化物測(cè)量的平均絕對(duì)誤差分別為0.22％，0.38%，0.18%，0.022%和0.036%。
　　3.經(jīng)過(guò)光、機(jī)、電、氣一體化系統(tǒng)

6、集成，研制出水泥生料品質(zhì)激光在線檢測(cè)成套裝備，裝備由氣動(dòng)取送樣裝置、激光檢測(cè)裝置、信號(hào)采集與控制模塊、遠(yuǎn)傳模塊和清潔裝置等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水泥生料氧化物含量及三率值的精確測(cè)量。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果證明，水泥生料氧化物測(cè)量精度：Al2O3（0.18%）、CaO(0.22%)、Fe2O3(0.022%)、MgO(0.036%)、SiO2(0.38%)；三率值測(cè)量精度：KH(0.07)、SM(0.07)、IM(0.07)；測(cè)量用時(shí)：1/3/5/1