一种双远心光机结构及用于煤质分析的光路系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双远心光机结构及用于煤质分析的光路系统，属于测量技术领域，一种双远心光机结构，包括二向色镜和准直透镜组，所述准直透镜组对准所述二向色镜的反射面，其特征在于，所述准直透镜组包括第一准直透镜、第二准直透镜和孔径光阑，所述第一准直透镜设置成对准所述二向色镜的反射面，且第二准直透镜设置在所述第一准直透镜远离所述二向色镜的一侧，所述孔径光阑设置在所述第二准直透镜远离所述第一准直透镜的一侧，所述第二准直透镜、所述第一准直透镜和所述孔径光阑同轴，该双远心光机结构用于煤质分析光路系统中，使得该系统在进行连续的煤质分析时，能够稳定的采集到煤粉的光谱信号，克服了煤质采集信号漂移的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种双远心光机结构及用于煤质分析的光路系统


[0001]本专利技术涉及测量
，具体涉及一种双远心光机结构及用于煤质分析的光路系统。

技术介绍

[0002]在燃煤发电的火电厂中，进入燃烧炉的煤质需要进行检测，检测的主要方式为现场采样，再送至实验室进行制样和离线分析，其检测流程长且效率低下，已经难以满足锅炉基于在线快速煤检结果的优化运行需求。近年来，激光诱导击穿光谱(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)已经被广泛应用于颗粒流状态下煤粉的直接测量。LIBS直接测量颗粒流的工作原理是将一束脉冲激光聚焦到自由下落的煤粉颗粒流中心，使一定内的煤粉颗粒被烧蚀，进而激发生成等离子体，再由光谱仪探测等离子体在衰减冷却过程中辐射出来的光谱信号，通过分析具有特定波长和强度的光谱获得煤粉的物质种类及其占比浓度数据。
[0003]对于煤粉检测而言，虽然LIBS直接测量颗粒流有着无需制样的优势，但是众多研究发现这种测量方案的光谱信号稳定性较差。由于激光焦点附近颗粒的数量、粒径、空间分布随机变化，激光与颗粒的相互作用十分复杂，生成的等离子体不仅在形态上存在明显差异，同时等离子体中心位置也会在激光焦点前后漂移。
[0004]现有公开号为CN112334484A的专利申请，公开了一种燃煤电厂煤质成分在线快速测试的方法及装置。包括：从燃煤电厂煤粉管道抽取煤粉，利用旋风分离器分离捕集煤粉颗粒，混匀后分为两部分；通过基于程序升温称重计量的工业分析，测量其中一部分煤粉的水分、灰分、挥发分和固定碳含量；通过基于激光诱导击穿光谱的元素分析，测量另一部分煤粉中C、H、O、N、S元素浓度；该方法测量动态流动煤粉，采样范围小，无法补偿颗粒流等离子体中心位置漂移造成的信号波动，导致数据有漂移，得到的结果准确性有限。
[0005]另外有公开号为CN104931299A的专利申请，公开了一种用于激光诱导检测的均匀连续工业粉末取样装置及方法。解决了激光诱导检测技术应用于工业生产中对固体粉末进行在线检测时无法均匀连续取样的难题。相应装置包括取样管道、射流阀、气体震动器、测量室、防尘系统和粉末浓度变化测量补偿装置，该装置及方法同样存在采样范围小和数据有漂移的问题，具有一定局限性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一是提供一种双远心光机结构，解决了采集的光线在一定范围内偏移导致光信号互相干扰的问题。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种双远心光机结构，包括二向色镜和准直透镜组，所述准直透镜组对准所述二向色镜的反射面，所述准直透镜组包括第一准直透镜、第二准直透镜和孔径光阑，所述第一准直透镜设置成对准所述二向色镜的反射面，且第二准直透镜设置在所述第一准直透镜远
离所述二向色镜的一侧，所述孔径光阑设置在所述第二准直透镜远离所述第一准直透镜的一侧，所述第二准直透镜、所述第一准直透镜和所述孔径光阑同轴。
[0009]优选的，所述第一准直透镜采用石英弯月凹凸透镜，所述第二准直透镜采用石英单凸透镜，能够将远离所述准直透镜组轴线的光线进行偏转准直。
[0010]优选的，还包括聚焦镜头，所述聚焦镜头包括第一聚焦透镜和第二聚焦透镜，所述第一聚焦透镜设置成对准所述二向色镜的透射面，所述第二聚焦透镜设置所述第一聚焦透镜和所述二向色镜之间，第一聚焦透镜采用石英弯月凹凸透镜，所述第二聚焦透镜采用石英平凸透，用于将平行的光线进行汇聚，并控制焦点的位置。
[0011]优选的，还包括接收镜头，所述接收镜头设置在所述准直透镜组远离所述二向色镜的一侧，用于接收光线并将汇聚成稳定的光斑。
[0012]优选的，所述接收镜头设置成平凸透镜，汇聚光线效果好。
[0013]优选的，还包括直角棱镜，所述直角棱镜设置在所述孔径光阑远离所述第二准直透镜的一侧，用于将光线进行垂直偏转，改变光线传递的方向，缩小所述光机结构的体积。
[0014]优选的，还包括保护镜片，所述保护镜片设置成对准所述二向色镜的反射面，用于保护所述二向色镜在反射光线时不会被外部环境影响。
[0015]优选的，所述接收镜头设置成平凸透镜，将传递过来的光线重新汇聚成光斑再进行输送。
[0016]作为更优的，还包括机箱，所述机箱用于保护所述二向色镜、准直透镜组、所述接收镜头和反射镜，防止外部环境污染所述光机结构，提高其使用的寿命，降低故障率。
[0017]本专利技术目的之二是提供一种用于煤质分析的光路系统，该方法解决了连续煤粉检测等离子光在一定范围内漂移的问题，提高了信号采集的稳定性和准确性。
[0018]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0019]一种用于煤质分析的光路系统，包括双远心光机结构、第一入射光线、第二入射光线和光谱仪，所述第一入射光线垂直于与所述准直透镜组的轴线共线的反射光轴入射，再穿过所述二向色镜的透射面和所述保护镜片，所述第一入射光线的焦点投射到所述保护镜片外，所述第二入射光线从所述第一入射光线的焦点发出，经过所述保护镜片进入到所述机箱中，所述第二入射光线经过所述二向色镜的反射面，被反射进入到所述准直透镜组中，穿过所述第一准直透镜和所述第二准直透镜时被准直，再被所述孔径光阑过滤一部分，中心处剩余部分由所述直角棱镜反射到所述接收镜头内，由所述接收镜头聚焦成汇聚光线，最后射入到所述光谱仪的接收端上。
[0020]优选的，所述二向色镜与第一入射光线的夹角为45
°
，所述第一入射光线由脉冲激光发生器发出，所述第二入射光线为烧蚀煤粉颗粒形成的等离子光，合适的反射角度能够缩小所述光路系统的体积，提高其适用范围。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022](1)该双远心光机结构具备接收镜头和准直透镜组组成的双远心光学结构，煤粉等离子体会发生漂移，等离子体的辐射光只有主光线部分一定平行传播，而其余部分与平行光存在一定夹角，当等离子体光的位置变化时，该部分光的夹角发生变化，最后形成的光斑大小也会发生变化，双远心光学结构能对等离子体的主光线部分准直和汇集，并挡住其余不平行的光线部分，可对中心位置在一定范围内漂移的等离子体光进行稳定、清晰的采
集。
[0023](2)该双远心光机结构的准直透镜组中装有孔径光阑能够对煤粉等离子光进行过滤，减少其它干扰光线穿过，提高光谱采集的准确性。
[0024](3)该光路系统的入射光线和采集到的等离子光信号共轴，且等离子光信号被90
°
反射了两次，缩小了整个光路系统的构造体积，提高了适用范围。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的双远心光机结构图；
[0026]图2为本专利技术提供的用于煤质分析的光路系统图。
[0027]附图标记：
[0028]1、聚焦镜头；11、第一聚焦透镜；12、第二聚焦透镜；2、二向色镜；3、准直透镜组；31、第一准直透镜；32、第二准直透镜；33、孔径光阑；4、直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双远心光机结构，包括二向色镜(2)和准直透镜组(3)，所述准直透镜组(3)对准所述二向色镜(2)的反射面，其特征在于，所述准直透镜组(3)包括第一准直透镜(31)、第二准直透镜(32)和孔径光阑(33)，所述第一准直透镜(31)设置成对准所述二向色镜(2)的反射面，且第二准直透镜(32)设置在所述第一准直透镜(31)远离所述二向色镜(2)的一侧，所述孔径光阑(33)设置在所述第二准直透镜(32)远离所述第一准直透镜(31)的一侧，所述第二准直透镜(32)、所述第一准直透镜(31)和所述孔径光阑(33)同轴。2.根据权利要求1所述的双远心光机结构，其特征在于：所述第一准直透镜(31)采用石英弯月凹凸透镜，所述第二准直透镜(32)采用石英单凸透镜。3.根据权利要求1所述的双远心光机结构，其特征在于：还包括聚焦镜头(1)，所述聚焦镜头(1)包括第一聚焦透镜(11)和第二聚焦透镜(12)，所述第一聚焦透镜(11)设置成对准所述二向色镜(2)的透射面，所述第二聚焦透镜(12)设置所述第一聚焦透镜(11)和所述二向色镜(2)之间，第一聚焦透镜(11)采用石英弯月凹凸透镜，所述第二聚焦透镜(12)采用石英平凸透镜。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的双远心光机结构，其特征在于：还包括接收镜头(6)，所述接收镜头(6)设置在所述准直透镜组(3)远离所述二向色镜(2)的一侧。5.根据权利要求4所述的双远心光机结构，其特征在于：所述接收镜头(6)设置成平凸透镜。6.根据权利要求5所述的双远心光机结构，其特征在于：还包括直角棱镜(4)，所述直角棱镜(4)设置在所述孔径光阑(33)远离所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚顺春，喻子彧，张向，莫爵徽，陈伟泽，覃淮青，郭松杰，卢志民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：