基于激光诱导击穿光谱的化验室水泥质量检测设备研制

研制了一套基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的化验室水泥质量检测设备,可对水泥生熟料成分及率值进行快速检测。对该设备的总体结构、光学系统、样本制备、光谱处理方法等几方面进行了介绍。通过内标法建立定标模型,将LIBS测量结果与X射线荧光光谱分析(XRF)结果进行了对比分析,该套LIBS设备对水泥生熟料中CaO,SiO_2,Al_2O3和Fe_2O3测量的平均绝对误差分别为0.46%,0.25%,0.13%和0.05%,对水泥熟料率值KH,SM,IM测量的平均绝对误差分别为0.02,0.05和0.04;通过计算激发产生的等离子体温度和电子密度,验证了激光诱导水泥等离子体处于局部热平衡(LTE)态。

水泥生料品质激光在线检测设备研制

水泥质量的优劣直接影响到建筑工程的安全,使用品质合格的水泥材料是保证工程结构质量的必要前提,因此快速检测水泥生料成份对于及时指导调整原料配比和保障水泥产品品质具有重要意义。传统的生料检测需要经过取样、制样、化验等环节,检测结果严重滞后于生产。我们通过产学研协同攻关,研制了一套基于激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术的水泥生料品质在线检测设备,该设备由LIBS光学检测系统和气动取送样系统两部分组成,实现了对水泥生产线上水泥生料品质的实时连续测量,避免了传统的取制样环节,从而大大缩短了化验时间,所测水泥生料成分的实时数据能够及时指导调整水泥原料的配比,保证水泥质量的合格。我们利用该LIBS水泥品质在线检测设备对水泥生产线上生料中的主成分Al_2O_3,CaO,Fe_2O_3,MgO和SiO2进行了定量分析,利用全谱归一化和支持向量机(support vector machine,SVM)对水泥生料建立定标模型,对水泥生料中Al_2O_3,CaO,Fe_2O_3,MgO和SiO_2测量的最大误差分别是0.34%,0.35%,0.07%,0.14%和0.55%。现场实验结果表明,本水泥生料品质激光在线检测设备的测量结果与传统化验法的结果相吻合,测量精度与X射线荧光光谱法(XRF)相接近,从而证实了LIBS可以作为水泥在线检测的一种有前景的方法。