1_NEZD-400全谱直读光谱仪
第1章 原子发射光谱分析技术 原子发射光谱（Atomic Emission Spectroscopy，简称AES），是由原子的核...
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第1章 原子发射光谱分析技术
原子发射光谱（Atomic Emission Spectroscopy，简称AES），是由原子的核外电子受到外来能量的推动，激发跃迁到激发态，再由高能态回到各较低的能态和基态时，以辐射形式放出其激发能而产生的光谱。原子发射光谱分析技术，是利用原子或离子发射的特征光谱信息，对物质进行定性和定量分析的技术。因其发射光源的多样性及不同分析功能，具有快速、准确、多元素同时分析等特点，越来越被认为是最具分析效率的无机元素理想分析技术。
20世纪50年代，原子发射光谱就开始在我国推广和普及，特别在地质、冶金、机械等部门得到了广泛的应用，建立了国产原子发射光谱仪器生产基地。在原子光谱分析的发展过程中，人们从光谱仪器的光源、分光系统和检测器等方面，不断加以改进，发展了火花、等离子体、辉光放电及激光诱导光谱等不同特点的光谱分析方法和商品仪器。这些新光源的开发，使光电光谱仪的应用从常量元素分析扩展到高含量元素分析、痕量元素分析和表面逐层分析。在材料分析上的应用，取得了高灵敏度、高精度、高效、快速、经济和简便实用的进度。
在了解和利用材料方面，材料的平均成分无疑是极其重要的。而微量元素和夹杂元素的含量和化合态以及它们在材料中的分布，也是材料研究中不可或缺的信息。成分分布分析包括表面成分分布分析和深度分析两方面。作为原子光谱的原态分析，通过光谱法不仅可以获得宏观的成分分布，也可以得到材料中的部分微观成分的信息，这将是原子发射光谱分析技术在实际应用领域里的发展前景。
随着电子计算机控制技术的引入，全谱直读光谱仪的操作实现自动化，只需将样品放在激发系统的检测平台上，启动按钮，仪器便自动执行电极冲洗、预燃、曝光、测量等程序，并将分析元素的含量一起显示或打印出来，或将分析结果通过数据网络传输到工艺控制系统，实现工艺的闭环控制。
在各应用领域中，原子光谱分析技术承担各种定性、定量分析测试工作，可归纳为如下几个方面：
1. 原材料复验 为确保航空等产品质量，必须对入厂原材料（包括金属和合金）和炉后样品进行全项或选项复验，检查原材料成分是否符合规定的技术条件的要求。
2. 炉前分析 配合熔炼过程，快速测量炉中钢水或熔融合金的元素含量是否符合设计要求。
3. 故障分析 针对在生产、试制或使用过程中出现的问题，对材质进行分析鉴定。
4. 工艺检查 对已投产的锻、铸件进行定期分批量全面分析，以检查锻、铸工艺条件是否变化。
5. 样机（件）材料鉴定 对样机或部分零件进行无损或少损的成分分析，以确定其材料牌号，为机械产品的设计、维修和产品改进提供参考。
第2章 仪器简介
全谱直读光谱仪是我司自主研发的原子发射类全谱直读光谱仪。利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析。主要用于检测金属材料中合金元素成分及杂质元素含量，广泛应用于冶铸造机械、实验室检测、汽车制造、航空电力、船舶核电、黑色金属与有色金属冶炼、加工和回收工业中的炉前检测、来料检测、质量控制、出厂检验等成分含量检测分析。
仪器检测性能已达到国际同类仪器的先进水平，具有分析速度快、分析精度高、易操作、试样放置便捷、节省氩气的优点。外观设计新颖，性能稳定可靠，具有全中文程序界面，并采用德国先进光谱检测技术与国内先进技术融合，具有以下产品技术优势：
1. 智能操作交互系统：像素自动校正、牌号自动识别、中英文可转化简洁操作界面。
2. 谱图数据精准，采用暗电流扣除+分辨率数字化增强技术。
3. 检测操作简单，一键激发，15-40s即可获取检测数据。
4. 仪器硬件自动监控提醒：温度真空度监控、维护记录监控等。
5. 通讯协议远程传输，双向交互操作，提供技术支持。
第3章 仪器工作原理
全谱直读光谱仪在分析精度、灵敏度、快速、仪器性能等方面由于微电子技术及电子计算机的引入，形成了自动化程度很高的直读光谱仪器，仪器的原理和基本框架，一般由激发光源（火花光源）和电极架、分光系统和检测系统以及数据处理系统等几部分组成。电控系统和数据处理系统在仪器上均由电子计算机实行程序控制、实时监控和数据处理。典型多通道仪器结构如下图。
全谱直读光谱仪常见结构
全谱直读光谱仪激发方式将金属试样制成样块，样品本身作为一块电极，用另一支样品或用金属钨做对电极，置于激发台上，依据仪器已设定的激发工作参数，数字化激发电路，对样品进行激发，所发射的光谱经色散系统进行分光，在不同波长位置上由光电转换原件对其谱线的强度进行测量，由数据处理系统直接读出结果，实现对试样中待测元素进行定量分析。为操作上的方便，将激发台设计成内置有钨针电极的激发系统。
第4章 技术特点
5.1
| ü 帕型－龙格型凹面光栅装置，采用Paschen-Runge结构，光室结构整体型材加工以降低仪器随环境温度，提高仪器精准度及稳定性。 ü 波长范围可达（150-600）nm，可分析 C、S、P等元素及常规元素，满足各个基体材质对测试元素的需求。 ü 6-10个日本进口高性能CCD探测器 ü 光室铸铝型材一体加工工艺，精密制程加工，真空密封度高（专利号：ZL 202121923296.6） |
5.2
| ü 拥有自主知识产权的专利结构设计，15°倾斜角度设计，谱线干扰较少，光谱精准接收。 ü 单层薄板式电极板，大幅降低激发台极板更换成本。 ü 采用高纯度钨电极，高纯度钨电极具有高强度、耐腐蚀、耐高温氧化的优点，降低使用过程中参数对测试数据的影响。 ü （专利号：ZL 202121923296.6、专利号：ZL 202121923346.0）
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5.3 恒温系统
| ü 光室恒温腔体，配置反馈式加热装置，有效保证光室内恒温，由此抑制温度变化，降低机械零部件因温度影响出现微弱变化，从而导致的光路漂移。 ü 光学元器件在恒温环境下工作，有助于确保仪器检测结果的短期稳定性及长期稳定性。 |
5.4
| ü 间歇式的充氩，有效保证光室内部环境的稳定性。 ü 间歇式的充气大大降低了氩气的消耗。 ü 微高于大气压力的设计，可以保证光室环境稳定。 ü 氩气系统在使用过程中不会产生噪声干扰，提高使用的舒适度。 ü 设置动态静态氩气流量，使仪器拥有优秀的节氩技术，降低用户使用成本。 ü 智能先进气路监控：激发前，监控系统确保火花室密封、不漏气；激发后，脉冲式氩气吹扫，提升粉尘去除效果，确保仪器的短期和长期稳定性。 |
5.5
| ü 全新可调节数字化光源，高能预燃技术（HEPS），满足180nm以下真空紫外光谱的测量，光栅半径402nm，获得最佳高分辨率 ü 长期稳定性优异，程序标准化可1-3个月/次； ü （专利号：2021SR0146134） |
5.6 进口SUS高低标
| ü 德国SUS进口高低标光谱样品。 ü 全球领先工艺水平，样品成分具有最佳的均匀性，可保证校准参数最佳值。 ü 可实现基体全局标准化，对于客户多种类样品测试需求，可一次性简易、快速实现仪器全部程序校准。
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5.7 光学透镜系统设计
光学透镜
压圈嵌装式透镜设计 | ü 采用石英玻璃材质MgF2镀层，保证C、N、P、S等紫外波长经过透镜的光强最强，使紫外短波测量结果更为精准。 ü 插拔式透镜座结构，有效隔绝激发台内灰尘，防止对光室污染，便于仪器定期保养清洁。 ü 压圈嵌装式透镜的设计有效的隔绝了光室与外界的气体交换，保证了光室内部环境的稳定性. ü 便于装配和拆卸。
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5.8
| ü 智能操作交互系统：像素自动校正、牌号自动识别、中英文可转化简洁操作界面。 ü 谱图数据精准，采用暗电流扣除+分辨率数字化增强技术，多CCD探测器差异化定时采集。 ü 仪器硬件监控提醒：温度真空度自动监控、维护记录监控等。 ü 通讯协议远程自动化传输，双向交互操作，远程技术服务支持。 ü （专利号：2020SR1651417、20210146134） ü 软件产品认证（编号：苏RC-2021-E0485、苏RC-2021-E0485）
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5.9 核心零部件清单
序号 | 部件名称 | 产地 | 品牌 | |
1 | CCD传感器 | 日本 | 东芝Toshiba |
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2 | 光栅 | 法国 | HORIBA JY |
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3 | 电源滤波器 | 美国 | Astrodyne |
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4 | 标准样品（高低标） | 德国 | SUS |
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5 | 电磁阀 | 中国台湾 | Airtac |
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6 | 鲍斯真空泵 | 中国 | 鲍斯股份 |
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7 | FPGA芯片 | 美国 | Altera |
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8 | 点火脉冲变压器 | 英国 | OEP |
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9 | 开关电源 | 中国 | Meanwell |
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10 | 传输光纤 | 美国 | Avago Technologies |
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第5章 技术参数
项目 | 参数 |
仪器型号 | NEZD-400 |
可检测基体 | 铁基（Fe）、铝基（Al）检测 |
光学结构 | 帕邢－龙格型凹面光栅装置 |
光学环境 | 间歇氩气系统 |
探测器 | 6-10块高分辨率线阵CCD |
波长范围 | 150-600nm，波长范围可测C、S、P等元素 |
光栅焦距 | 凹面全息光栅 HORIBA Jobin Y von 2400gr/mm |
光学焦距 | 402mm |
光源类型 | 全新可调节数字化光源，高能预燃技术（HEPS） |
放电频率 | 100-1000Hz |
放电电流 | 最大100A |
引燃点火电压 | 1-15KV |
待机平均功率 | 80VA |
激发最大功率 | 1000VA |
工作电源 | AC（220+20）V ，（50+1）Hz，保护性接地的单相电源 |
检测时间 | 15-40s（依据样品类型而定） |
工作温度 | （10-30）℃ |
工作湿度 | （20-50）% |
光室压力范围 | 0.05-0.06MPa |
氩气纯度要求 | 99.999% |
氩气进口压力 | 0.2MPa |
氩气流量 | 待机流量0.1L/min，激发流量5.5L/min |
仪器重量 | 约50kg |
仪器尺寸 | 长900mm * 宽560mm * 高310mm |
第6章 分析功能
全谱直读光谱仪拥有清晰简洁的软件操作界面，针对不同的操作者做出软件使用功能优化改善，降低对操作人员的专业技能要求，使操作人员更易上手，操作更简洁。软件主界面菜单栏中包含【日常分析】、【系统维护】、【数据管理】、【帮助】等四个主菜单，每个主菜单下均有属于自己的子菜单。主界面右上方设置“用户切换”、“最小化”及软件“退出”选项。
主界面左上方显示软件版本、当前程序、曲线标准化时间、主界面下方显示当前用户、公司名称、光室当前温度、仪器真空度、和总激发次数等信息。
Ø 智能化曲线
智能化计算功能，可满足对基体内材料的分析需求。
智能化链接适当的曲线模型，获得更精准的分析结果。
真正实现未知样品分析，无需纠结模型选择，使操作更加简便。
Ø 智能化质量监控
根据用户的测量标准，可自由设定元素成分质量控制的上下限，自动判断样品成分是否超标，结果一目了然。
Ø 智能化质量监控
根据用户的测量标准，可自由设定元素成分质量控制的上下限，自动判断样品成分是否超标，结果一目了然。
Ø 智能化牌号鉴定
可对未知材质分类，帮助用户快速鉴定样品牌号，智能化管家服务。
Ø 智能化当量计算
可自由编辑碳当量、耐腐蚀当量公式，掌控材料特性，提升产品性能。
Ø 智能系统管家服务
软件界面实时呈现仪器运行状态。
准时提醒仪器维护与清理时间。
第7章 实测数据展示（部分）
Ø 基体：铁基（Fe） 分析程序：不锈钢
Ø 基体：铁基（Fe） 分析程序：铸铁
第8章 仪器基体、分析程序可选范围
仪器标准配置的工作曲线由我司用标准样品进行绘制。对于特殊合金及元素，将由用户提供标样或定值后的控样，我司绘制但此类曲线不作为仪器的验收指标。【依据技术服务部制定的基体曲线含量范围表选择，全谱直读光谱仪为单基体仪器。】
1. 仪器分析程序由买方使用国内外认证标样校准，可满足几乎所有常见牌号。
2. 买方测试需求特殊（如少见的合金牌号、元素、含量范围等），可能导致无相应认证标样满足。
3. 如买方可提供适用的标样，工程师可为用户特别制作分析程序。
4. 基体元素含量为总量减去其它元素含量（100%-∑其它元素含量）
5. 铸铁测试样品需充分白口化，以保证测试准确。熔体(铁水)测试时，取样模具需满足急冷要求(如铸成印章状、硬币状等)，保证样品白口化；铸铁成品(一般为非白口化样品) 测试时，需重熔后在急冷模具中浇铸，保证样品白口化。
6. 各分析程序需要分别配置多块标准化样品，用于校准仪器。当所配置多个分析程序时，相同的标准化样品将不重复配置。
7. 典型样品尺寸为直径15-80mm，尺寸过小或过薄需配置适用的夹具，应与工程师确认可行性。
基体分析程序表
序号 | 铁基（Fe）分析程序 | 铝基（Al）分析程序 |
1 | 中低合金钢 | 铝硅铜系 |
2 | 铬镍不锈钢 | 铝硅系 |
3 | 高锰不锈钢 | 铝锌系 |
4 | 铬钢 | 铝铜系 |
5 | 普通铸铁（优选SDB420） | 铝镁系 |
6 | 球墨铸铁（优选SDB420） | 铝锰系 |
7 | 高锰钢 | 低合金铝系 |
8 | 高速工具钢 | 纯铝系 |
9 | 高铬铸铁（优选SDB420） |
铁基分析程序范围表
铝基分析程序范围表
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