长期以来,水泥作为重要的胶凝材料,广泛用于民用、工业、农业、水利、交通和国防等工程。使用合格水泥是保证工程结构质量和生命财产安全的必要前提,水泥品质检验是水泥生产过程中的一个重要环节,在整个水泥生产过程中原料配比是决定水泥品质合格与否和成本高低的关键。及时掌握入窑水泥生料品质尤其是各种主量元素氧化物的含量,就能通过调整各原料皮带秤速率达到原料配比的最优化,从而提高入窑合格率,保证水泥产品质量。然而,目前我国大多数水泥厂所采用的水泥品质分析方法主要局限于人工化验、X射线荧光法(X-Ray Fluorescence,XRF)等,操作繁琐且耗时长,无法及时反馈水泥生产中生料品质,甚至有辐射危害,难以保障现代水泥工业的时效性和安全性。因此,水泥行业在满足精度要求的同时,迫切需要发展一种更加快速的水泥品质在线检测方法。激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一种新兴的激光烧蚀光谱分析技术,它利用高功率脉冲激光器与物质相互作用产生荧光等离子体,并采用光学系统对荧光等离子体收集,最后依据等离子体光谱特性及元素特征发射谱线实现对样品的定性与定量分析。该技术因具有可多元素同时分析、无需样品预处理、分析速度快、安全无辐射等优势,是一种非常有潜力的水泥品质在线测量方法。本文首先客观地描述了水泥行业的发展现状以及目前水泥行业的检测方法;然后对LIBS技术的发展现状、基本原理和技术特点进行了介绍;接着对基于LIBS技术的水泥品质在线检测进行了研究,验证了该技术应用于水泥品质检测的可行性;最后研制了基于LIBS技术的水泥品质在线检测设备。论文主要完成了以下工作:1.发展了为激光诱导击穿光谱检测提供连续均匀粉末样品的气动取送样技术,具有气路稳压、油水过滤、管道反吹、气粉浓度调节等功能,解决了在线取送样中存在的堵灰、板结、不连续、不均匀、光学系统易受粉尘污染等问题,同时免去了传统人工取样和样品制备过程,为实现水泥生料品质的在线激光检测提供了必要条件;2.提出了基于支持向量机光谱数据处理的定量分析方法,构建了有效的数据预处理方法,对满足LTE态的等离子体进行了筛选,对元素特征谱线做了全谱归一化以及二次筛选,最后使用Matlab工具包中的SVM函数对水泥生料中的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO五种氧化物进行了定标建模,定标模型对五种氧化物测量的平均绝对误差分别为 0.22%,0.38%,0.18%,0.022%和 0.036%。3.经过光、机、电、气一体化系统集成,研制出水泥生料品质激光在线检测成套装备,装备由气动取送样装置、激光检测装置、信号采集与控制模块、远传模块和清洁装置等组成,能够实现对水泥生料氧化物含量及三率值的精确测量。工业现场测试结果证明,水泥生料氧化物测量精度:Al2O3(0.18%)、CaO(0.22%)、Fe2O3(0.022%)、MgO(0.036%)、SiO2(0.38%);三率值测量精度:KH(0.07)、SM(0.07)、IM(0.07);测量用时:1/3/5/10分钟可选,维护周期:60天。