基于光谱分析技术的金属成分检测方法及装置制造方法及图纸

技术编号:15744752 阅读:205 留言:0更新日期:2017-07-02 20:25
本发明专利技术涉及一种基于光谱分析技术的金属成分检测方法及装置,其中采用金属成分检测装置,所述装置包括取样机器人、吹风设备、脉冲激光器、光谱探测设备、光谱分析设备和控制设备,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端与样品室相对,其所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组,所述吹风设备的出风口对准所述样品室,所述样品室包括托盘和所述托盘上方的透明外罩,所述取样机器人包括第一机械手臂和第二机械手臂。采用该种方法及装置,实现了采用激光进行非接触式金属成分分析,采用取样机器人实现自动化过程,不必人工参与,采用超短脉冲激光,具有更好的光谱特性,结构简单,应用方便,适用于大规模推广应用。

Method and device for detecting metal composition based on spectral analysis technique

The invention relates to a metal component detection method and device based on the spectral analysis technology, the metal detection device, the device comprises a sampling robot, blowing equipment, laser spectrum detection equipment, spectrum analysis equipment and control equipment, the pulse laser of ultrashort pulse and the output end of the sample room, the short the pulse laser pulse output at the spectral detection device of the spectral collection lens group, the air outlet is aligned with the sample chamber of the blowing device, the sample chamber comprises a transparent cover tray and the tray above, the sampling robot includes a first mechanical arm and second arm. The method and device, realizes the analysis of non contact metal components by laser, using sampling robots to automate the process, without artificial participation, using ultra short pulse laser, has better spectral properties, simple structure, convenient application, suitable for large scale application.

【技术实现步骤摘要】
基于光谱分析技术的金属成分检测方法及装置
本专利技术涉及金属检测
,尤其涉及金属成分检测
,具体是指一种基于光谱分析技术的金属成分检测方法及装置。
技术介绍
随着社会发展,各种金属的应用越来越广泛。而金属的不同成分的分析,一直是社会研究的热点问题。现有技术中,虽然有采用各种方式进行金属成分分析的,但一般都需要与金属进行接触性测试,或者需要将金属与其他物质发生化学反应。采用接触性测试,会造成测试不方便,并且操作均需要人力进行,十分费时费力;采用与其他物质发生化学反应的方法,会造成金属样本的破坏,对于需要保留金属样本的场合十分不适用。因此,急需一种新的金属成分分析的方法。现有技术中,已经出现了采用激光进行产品分析的方法,但主要应用于纤维制品、纺织制品等,还没有应用到金属成分的分析。脉冲工作的半导体激光器已在众多领域得到了广泛应用。在许多应用领域,激光脉冲需要短至数十纳秒至数纳秒量级,甚至更低,如激光雷达、激光测距、激光气体检测、物理学研究中的激光激发和探测等等。此类应用有别于传统的在高速连续调制状态下的通讯类激光器应用。在短脉冲工作条件下,一般需要对激光器提供较大的脉冲驱动电流,瞬态功耗很大,,但由于占空比一般较小,因此平均功耗一般并不大。对于一些特殊类型的半导体激光器,如量子级联激光器,由于其驱动电压也较高,平均功耗会相应增加,但仍保持在较低水平。超短脉冲激光器是一种应用十分广泛的激光器类型,其主要特征是输出激光的脉冲宽度非常窄,通常在皮秒和飞秒量级。目前,能够产生超短脉冲激光的方法主要有锁模激光器技术、增益开关半导体激光器技术以及激光强度调制技术。锁模激光器技术是获取超短脉冲激光输出最常见的技术,其通过对激光器腔内的具有固定相位关系的纵模进行锁定从而获得强度上的超短脉冲输出,能够获得极窄的脉冲宽度,但是这种方式输出的激光脉冲的重复频率不能轻易改变,并且锁模需要较为苛刻的环境条件,温度变化、振动都会影响锁模激光脉冲的输出。增益开关半导体激光器技术是通过电脉冲对半导体激光器进行调制,选择半导体激光器输出驰豫振荡的第一个尖峰,从而获得超短脉冲输出,这种技术可以获得重复频率可调的超短脉冲输出,但是输出激光脉冲的脉冲宽度较宽,功率很低。激光强度调制技术是采用高速强度调制器对连续输出的激光进行强度调制从而获得超短脉冲输出,这种技术获得的激光脉冲重复频可调,但是脉冲宽度较宽,输出功率较低。可以看出,上述三种现有的技术不能同时实现重复频率任意可调、高功率、高稳定度的超短脉冲激光输出。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点,提供了一种基于光谱分析技术的金属成分检测方法及装置,实现了采用激光进行非接触式金属成分分析,采用取样机器人实现自动化过程,不必人工参与,采用超短脉冲激光,具有更好的光谱特性,结构简单,应用方便,适用于大规模推广应用。为了实现上述目的,本专利技术具有如下构成:该基于光谱分析技术的金属成分检测方法,所述的方法采用金属成分检测装置,所述装置包括取样机器人、吹风设备、脉冲激光器、光谱探测设备、光谱分析设备和控制设备,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端与样品室相对,其所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组,所述吹风设备的出风口对准所述样品室,所述样品室包括托盘和所述托盘上方的透明外罩,所述取样机器人包括第一机械手臂和第二机械手臂,所述的方法包括以下步骤:采集已知成分组成的校正金属样本,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度,通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本放置于样品室,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位;所述控制设备控制所述脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光;所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱,并将校正金属样本的光谱数据发送至所述光谱分析设备;采用所述光谱分析设备对所述校正金属样本的光谱数据进行降噪处理;所述光谱分析设备基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模,得到金属成分测定模型;所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度,通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本取出;开启所述吹风设备,吹去所述托盘表面的残留物;采集待测定的检测金属样本,并通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述检测金属样本放置于样品室,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位;所述控制设备控制所述脉冲脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光;所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱,并将光谱数据发送至所述光谱分析设备;采用所述光谱分析设备对所述检测金属样本的光谱数据进行降噪处理;所述光谱分析设备采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据,分析得到所述检测金属样本的成分分析数据;所述控制设备获取所述光谱分析设备的分析数据,判断分析数据是否异常;如果分析结果异常,则停止金属成分检测,并进行报警;如果分析结果正常,所述控制设备控制所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度,所述取样机器人的第二机械手臂将所述样品室中的检测金属样品取出,采用所述吹风设备清理所述托盘之后,采用所述取样机器人的第二机械手臂在所述托盘中放置新的检测金属样本。较佳地,采用所述光谱分析设备对所述校正金属样本的光谱数据根据如下算法进行降噪处理:(Savitzky-Golay平滑,平滑窗口数为21)+归一化+(Savitzky-Golay一阶微分,窗口数为17,多项式次数为3);采用所述光谱分析设备对所述检测金属样本的光谱数据根据如下算法进行降噪处理:(Savitzky-Golay平滑,平滑窗口数为21)+归一化+(Savitzky-Golay一阶微分,窗口数为17,多项式次数为3)。较佳地,所述取样机器人还包括第三机械手臂,所述第三机械手臂的表面环绕设置有擦洗毛刷,所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度时,且所述托盘中没有金属样品时,所述取样机器人的第三手臂对所述托盘进行擦洗。本专利技术还涉及一种应用于所述的方法的基于光谱分析技术的金属成分分析装置,所述装置包括:取样机器人,用于将金属样品放置于样品室内;所述取样机器人包括第一机械手臂、第二机械手臂和底座,所述第一机械手臂和所述第二机械手臂的一端均活动连接于所述底座,所述样品室位于所述第一机械手臂的另一端的活动范围之内,且所述样品室位于所述第二机械手臂的另一端的活动范围之内;脉冲激光器,用于向所述样品室发射脉冲激光,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组;光谱探测设备,用于接收激光经所述样品室后的光谱,并将光谱数据发送至控制设备;光谱分析设备,用于从所述控制设备接收所述光谱数据,并根据所述光谱数据分析金属样品的成分;控制设备,用于控制所述取样机器人放置样品后,依次触发所述脉冲激光器和光谱探测设备,接收所述光谱探测设备发送的光谱数据,并将所述光谱数据发送至所述光谱分析设备。较佳地,所述光谱探测设备包括光谱收集透镜组、光纤接口、激光激发透镜组和角度调节器,所述光谱收集透镜组与所述光纤接口相连接,所述光谱收集透镜组的前端与所述角度调节器相连接,本文档来自技高网
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基于光谱分析技术的金属成分检测方法及装置

【技术保护点】
一种基于光谱分析技术的金属成分检测方法,其特征在于,采用金属成分检测装置,所述装置包括取样机器人、吹风设备、脉冲激光器、光谱探测设备、光谱分析设备和控制设备,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端与样品室相对,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组,所述吹风设备的出风口对准所述样品室,所述样品室包括托盘和所述托盘上方的透明外罩,所述取样机器人包括第一机械手臂和第二机械手臂,所述的方法包括以下步骤:采集已知成分组成的校正金属样本,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度,通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本放置于样品室,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位;所述控制设备控制所述脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光;所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱,并将校正金属样本的光谱数据发送至所述光谱分析设备;采用所述光谱分析设备对所述校正金属样本的光谱数据进行降噪处理;所述光谱分析设备基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模,得到金属成分测定模型;所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度,通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本取出;开启所述吹风设备,吹去所述托盘表面的残留物;采集待测定的检测金属样本,并通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述检测金属样本放置于样品室,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位;所述控制设备控制所述脉冲脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光;所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱,并将光谱数据发送至所述光谱分析设备;采用所述光谱分析设备对所述检测金属样本的光谱数据进行降噪处理;所述光谱分析设备采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据,分析得到所述检测金属样本的成分分析数据;所述控制设备获取所述光谱分析设备的分析数据,判断分析数据是否异常;如果分析结果异常,则停止金属成分检测,并进行报警;如果分析结果正常,所述控制设备控制所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度,所述取样机器人的第二机械手臂将所述样品室中的检测金属样品取出,采用所述吹风设备清理所述托盘之后,采用所述取样机器人的第二机械手臂在所述托盘中放置新的检测金属样本。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱分析技术的金属成分检测方法,其特征在于,采用金属成分检测装置,所述装置包括取样机器人、吹风设备、脉冲激光器、光谱探测设备、光谱分析设备和控制设备,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端与样品室相对,所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组,所述吹风设备的出风口对准所述样品室,所述样品室包括托盘和所述托盘上方的透明外罩,所述取样机器人包括第一机械手臂和第二机械手臂,所述的方法包括以下步骤:采集已知成分组成的校正金属样本,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度,通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本放置于样品室,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位;所述控制设备控制所述脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光;所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱,并将校正金属样本的光谱数据发送至所述光谱分析设备;采用所述光谱分析设备对所述校正金属样本的光谱数据进行降噪处理;所述光谱分析设备基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模,得到金属成分测定模型;所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度,通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本取出;开启所述吹风设备,吹去所述托盘表面的残留物;采集待测定的检测金属样本,并通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述检测金属样本放置于样品室,所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位;所述控制设备控制所述脉冲脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光;所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱,并将光谱数据发送至所述光谱分析设备;采用所述光谱分析设备对所述检测金属样本的光谱数据进行降噪处理;所述光谱分析设备采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据,分析得到所述检测金属样本的成分分析数据;所述控制设备获取所述光谱分析设备的分析数据,判断分析数据是否异常;如果分析结果异常,则停止金属成分检测,并进行报警;如果分析结果正常,所述控制设备控制所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度,所述取样机器人的第二机械手臂将所述样品室中的检测金属样品取出,采用所述吹风设备清理所述托盘之后,采用所述取样机器人的第二机械手臂在所述托盘中放置新的检测金属样本。2.根据权利要求1所述的基于光谱分析技术的金属成分检测方法,其特征在于,采用所述光谱分析设备对所述校正金属样本的光谱数据根据如下算法进行降噪处理:(Savitzky-Golay平滑,平滑窗口数为21)+归一化+(Savitzky-Golay一阶微分,窗口数为17,多项式次数为3);采用所述光谱分析设备对所述检测金属样本的光谱数据根据如下算法进行降噪处理:(Savitzky-Golay平滑,平滑窗口数为21)+归一化+(Savitzky-Golay一阶微分,窗口数为17,多项式次数为3)。3.根据权利要求1所述的基于光谱分析技术的金属成分检测方法,其特征在于,所述取样机器人还包括第三机械手臂,所述第三机械手臂的表面环绕设置有擦洗毛刷,所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度时,且所述托盘中没有金属样品时,所述取样机器人的第三手臂对所述托盘进行擦洗。4.一种应用于权利要求1至3中任一项所述的方法的基于光谱分析技术的金属成分分析装置,其特征在于,所述装置包括:取样机器人,用于将金属样品放置于样品室内;所述取样机器人包括第一机械手臂、第二机械手臂和底座,所述第一机械手臂和所述第二机械手臂的一端均活动连接于所述底座,所述样品室位于所述第一机械手臂的另一端的活动范围之内,且所述样品室位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨丁中
申请(专利权)人:绍兴文理学院
类型:发明
国别省市:浙江,33

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