便携式智能金属矿石种类快速分辨仪制造技术

本发明专利技术设计便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，包括单片机，还包括图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统，所述图像采集系统采集矿石样品图片，单片机对矿石图片进行色域等分析，得到矿石颜色、局部纹理结构形状等信息，将得到的信息和各种标准矿石的这些信息进行对比，初步得到矿石种类范围；所述光谱测量系统采集到矿石中组成元素的光谱，单片机对光谱中特定波长范围内的极大值与数据存储系统中的谱线数据库进行比对判断，谱线波长值相差不超过误差值时该谱线对应元素为对应的金属元素；本发明专利技术能便于在矿石被开采后迅速进行矿石的种类鉴别和品质初步鉴定，方便工作人员对矿石的简单分析和分类、识别。

Portable Intelligent Rapid Resolution Instrument for Metal Ore Species

The invention designs a portable intelligent fast resolution instrument for metal ore types, which includes a single chip computer, an image acquisition system, a data storage system and a spectral measurement system. The image acquisition system collects ore sample pictures. The single chip computer carries out color gamut analysis of ore pictures, obtains information of ore color, local texture structure and shape, and obtains information and various standard ores. By comparing these information of stones, the range of ore types is preliminarily obtained; the spectrum of constituent elements in ore is collected by the spectral measurement system, and the maximum value in the specific wavelength range of the spectrum is compared with the spectral line database in the data storage system by a single chip computer. When the difference of the wavelength value of the spectral line does not exceed the error value, the corresponding element of the spectral line is the corresponding metal element; It is easy for the workers to analyze, classify and identify the ore types and qualities quickly after the ore is mined.

【技术实现步骤摘要】
便携式智能金属矿石种类快速分辨仪
本专利技术属于激光诱导击穿光谱
，特别涉及便携式智能金属矿石种类快速分辨仪。
技术介绍
矿石资源是一个国家和地区发展的重要资源，因此矿石的开采和利用得到了极大的重视。然而，矿石是天然形成的，不同矿石中元素种类和含量存在较大差异，同一种矿石中由于相关元素含量百分比的不同，其品质也存在较大差异，故形成了不同的利用价值。因而，在矿石开采出来以后，如何快速、高效地分析得到矿石中所含元素的种类和含量信息意义非凡。虽然目前有很多分析样品中元素种类和含量的方法，但这些方法大多需要对样品做复杂预处理，而且检测持续较长，对检测环境要求较高。激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的原子发射光谱检测技术，具有预处理简单、检测速度快、多元素同时分析、检测微损甚至无损等众多优点，满足于一般条件下矿石的相关检测要求，达到简单、快速判别矿石种类和评判不同矿石品质的效果。基于此，本申请提出一种便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，通过本申请的技术方案可以很好地克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是克服
技术介绍
中指出的缺陷，提供一种便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，能便于在矿石被开采后迅速进行矿石的种类鉴别和品质初步鉴定，方便工作人员对矿石的简单分析和分类、识别。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，包括单片机，单片机内有数据处理程序，单片机通讯连接有显示器，单片机电性连接有电源，还包括图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统，所述单片机分别与图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统通讯连接，所述图像采集系统采集矿石样品图片，单片机对矿石图片进行色域等分析，得到矿石颜色、局部纹理结构形状等信息，将得到的信息和各种标准矿石的这些信息进行对比，初步得到矿石种类范围；所述光谱测量系统采集到矿石中组成元素的光谱，单片机对光谱中特定波长范围内的极大值与数据存储系统中的谱线数据库进行比对判断，谱线波长值相差不超过误差值时该谱线对应元素为对应的金属元素。优选的，所述图像采集系统主要包括工业摄像头。优选的，所述光谱测量系统主要包括固体激光器、聚焦透镜、探测头、光纤、光谱仪和ICCD探测器，探测头垂直于矿石样品表面，固体激光器产生的激光经过聚焦透镜传播到矿石样品表面产生辐射波，探测头获取辐射波通过光纤传送至光谱仪，光谱仪与ICCD探测器连接，ICCD探测器与单片机连接。优选的，在所述固体激光器产生的激光通过聚焦透镜前的光路上设置第一平面镜、第二平面镜和第三平面镜，改变激光光路，在第一平面镜和第二平面镜之间设置一个扇形挡板，扇形挡板传动连接有舵机。优选的，所述第一平面镜位于第二平面镜上方，第三平面镜在第一平面镜的水平右方，第一平面镜与第二平面镜相距10cm，第一平面镜到第三平面镜的距离为40cm。优选的，所述探测头外安装有一个扇形挡尘板，扇形挡尘板与舵机传动连接。优选的，述扇形挡尘板与舵机通过普通齿轮、锥齿轮和传动轴实现传动连接。优选的，所述数据存储系统是在实验室中对常见矿石进行激光诱导击穿光谱分析得到相关谱线数据，建立不同种矿石的数据模型。优选的，所述数据处理程序包括主体处理程序和函数处理包，函数包主要包括拟合函数，光谱测量系统采集到的光谱信号是由点状数据组成，通过拟合函数得到对应光谱，设置一个选择阈值，当光谱图中的峰值低于选择阈值时，主体处理程序将其判定为背景光谱，高于选择阈值时，主体处理程序读取峰的中心波长值及对应强度值，构成二维向量进行存储，根据存储的波长值到原子数据库内进行检索，根据光谱仪的分辨率自动设置误差范围，确定对应光谱图谱线对应的元素，对应每个中心波长值进行存储，重复执行上述操作，直到光谱图上所有被判定为有效特征峰的波长完成检索、识别与存储工作，根据预先建立的不同种矿石的数据模型，对采集并处理过的数据通过支持向量机方法进行匹配分析，最总确定矿石种类。优选的，所述拟合函数包括Lorentz拟合函数。优选的，所述单片机能对光谱测量系统获得的数据进行归一化处理，得出金属元素占总体的百分比，由高到低进行排序，根据出现金属元素种类及含量百分比高低确定矿石样品的种类。优选的，所述分辨仪还安装有蓝牙等外部数据连接系统。优选的，所述单片机的型号为：STM32F769。优选的，所述光谱仪的型号为：AvaspecULSi2048光谱仪。本专利技术的有益效果：本专利技术能快速检测矿石所含元素种类及不同元素含量百分比，迅速鉴别矿石的种类和其品质优劣。检测前不需要对矿石样品进行预处理，简单、方便、高效。检测时消耗靶材的质量大约只有数个微克，对原矿石造成的损耗极小，基本可以忽略不计。本专利技术能适应恶劣的环境，由于其通过分析激光诱导等离子体的辐射信号达到对样品的检测效果，故其可以胜任多种极端恶劣环境。既可根据NIST谱线数据库对矿石进行一般性分析，也能根据特殊需要预先存入有关矿石特定元素谱线参考数据范围，个性化快速鉴别与选择，可以通过蓝牙或接口等方式接入外部设备，对采集的光谱数据做进一步深入研究分析，检测间隙无需关闭激光器，减少由于重启激光器耗费的时间，同时更加安全，避免聚焦后激光带来的意外伤害。附图说明图1所示为本专利技术的基本组成图；图2是本专利技术扇形挡板和挡尘板结构图；图3是本专利技术扇形挡板、扇形挡尘板与舵机的传动示意图；图4是本专利技术锥齿轮传动示意图。1、固体激光器；2、第一平面镜；3、舵机；4、扇形挡板；5、第二平面镜；6、第三平面镜；7、聚焦透镜；8、扇形防尘板；9、探测头；10、光纤；11、光谱仪；12、ICCD探测器；13、单片机；14、电源；15、显示器；16、蓝牙；17、工业摄像头；18、普通齿轮；19、锥齿轮；A、旋转轴连接孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1不同矿石中元素种类和含量百分比存在区别，尤其是主量元素中的金属元素，可以作为区分矿石种类和初步鉴别矿石品质的依据。LIBS检测技术采用高功率脉冲激光激发样品产生等离子体，在等离子体膨胀和冷却过程中，激发态的原子和离子将发射特征谱线，即这些原子和离子的光谱指纹，通过谱线的波长和强度可以获得样品的元素组成和含量信息。故利用该技术可以快速分析得到矿石中含有元素的种类和含量信息。在对光谱数据分析之前通过机器视觉识别技术，通过对工业摄像头采集到的图片对矿石的颜色、纹理等信息进行分析，缩小矿石种类范围，和LIBS分析结果互相支撑检验，提高准确性。对于金属矿石而言，其价值在于矿石中含量较高的、可供冶炼的某些金属元素，即主量元素。同时，通过对其它元素如S、Pb等含量进行分析，可以初步评判冶炼过程矿石中一些有毒污染物质对环境的影响。便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，包括单片机13，单片机13内有数据处理程序，单片机13通讯连接有显示器15，单片机13电性连接有电源14，还包括图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统，所述单片机分别与图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统通讯连接，所述图像采集系统采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，包括单片机（13），单片机（13）内有数据处理程序，单片机（13）通讯连接有显示器（15），单片机（13）电性连接有电源（14），其特征在于：还包括图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统，所述单片机分别与图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统通讯连接，所述图像采集系统采集矿石样品图片，单片机（13）对矿石图片进行色域等分析，得到矿石颜色、局部纹理结构形状等信息，将得到的信息和各种标准矿石的这些信息进行对比，初步得到矿石种类范围；所述光谱测量系统采集到矿石中组成元素的光谱，单片机（13）对光谱中特定波长范围内的极大值与数据存储系统中的谱线数据库进行比对判断，谱线波长值相差不超过误差值时该谱线对应元素为对应的金属元素。

【技术特征摘要】
1.便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，包括单片机（13），单片机（13）内有数据处理程序，单片机（13）通讯连接有显示器（15），单片机（13）电性连接有电源（14），其特征在于：还包括图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统，所述单片机分别与图像采集系统、数据存储系统和光谱测量系统通讯连接，所述图像采集系统采集矿石样品图片，单片机（13）对矿石图片进行色域等分析，得到矿石颜色、局部纹理结构形状等信息，将得到的信息和各种标准矿石的这些信息进行对比，初步得到矿石种类范围；所述光谱测量系统采集到矿石中组成元素的光谱，单片机（13）对光谱中特定波长范围内的极大值与数据存储系统中的谱线数据库进行比对判断，谱线波长值相差不超过误差值时该谱线对应元素为对应的金属元素。2.根据权利要求1所述的便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，其特征在于：所述图像采集系统主要包括工业摄像头（17）。3.根据权利要求2所述的便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，其特征在于：所述光谱测量系统主要包括固体激光器（1）、聚焦透镜（7）、探测头（9）、光纤（10）、光谱仪（11）和ICCD探测器（12），探测头（9）垂直于矿石样品表面，固体激光器（1）产生的激光经过聚焦透镜（7）传播到矿石样品表面产生辐射波，探测头（9）获取辐射波通过光纤（10）传送至光谱仪（11），光谱仪（11）与ICCD探测器（12）连接，ICCD探测器（12）与单片机（13）连接。4.根据权利要求3所述的便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，其特征在于：在所述固体激光器（1）产生的激光通过聚焦透镜（7）前的光路上设置第一平面镜（2）、第二平面镜（5）和第三平面镜（6），改变激光光路，在第一平面镜（2）和第二平面镜（5）之间设置一个扇形挡板（4），扇形挡板（4）传动连接有舵机（3）。5.根据权利要求4所述的便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，其特征在于：所述第一平面镜（2）位于第二平面镜（5）上方，第三平面镜（6）在第一平面镜（2）的水平右方，第一平面镜（2）与第二平面镜（5）相距10cm，第一平面镜（2）到第三平面镜（6）的距离为40cm。6.根据权利要求5所述的便携式智能金属矿石种类快速分辨仪，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆旭，邢冠华，刘玉柱，张启航，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32