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LIPS浸入式探头移动平台设计及稳定性分析

潮斌  
【摘要】:激光诱导等离子光谱(Laser-induced plasma spectroscopy,LIPS)技术是一种在线实时、高效的分析物质成分的检测技术。冶金行业也越来越多的利用该技术进行物质元素成分的检测。冶金炉现场温度高、烟尘多,很容易导致检测系统性能受损、结构破坏甚至不能进行使用,因此设计一套具有高温在线检测的浸入式检测系统,保证浸入式探头安全稳定工作非常必要。本文针对浸入式探头在高温检测时具有对焦难、安全性差等缺点,设计并研究了具有自动调焦、快速保护光学系统和完成准确检测的浸入式探头移动平台。本文主要工作包括:1根据设计指标,设计了两种移动平台的方案。通过对比优化分析,选择一种最优的适合本课题的移动平台方案。在此基础上,对自动调焦装置进行结构设计,设计了采用垂直升降机构、激光测距仪和光谱仪组成的自动调焦控制系统;设计了采用垂直升降机构、温度测量仪和激光测距仪组成的LIPS浸入式探头安全保护控制系统。2根据设计的LIPS光学系统,对其进行光路追迹仿真分析,验证其可操作性。对光学系统的光路路径进行高温动态误差分析,利用矩阵形式的矢量变换建立了反射定律模型,分析出对光路路径的影响。最后利用ZEMAX对其光路路径进行仿真验证分析,结果表明光学系统能在200℃下安全稳定工作。3利用动力学方法分析了移动平台的稳定性。提出了加入路面不平度对移动平台产生的动载荷,利用ADAMS软件建立移动平台模型,仿真计算出动载荷,然后建立了移动平台稳定性的方程,同时对影响移动平台稳定性的参数进行优化设计。


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