[发明专利]激光诱导击穿光谱仪及其光谱信号收集方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及激光诊断和测量技术领域，更具体的说，是涉及一种可以实现光路的调整和优化，提高测量准确度的激光诱导击穿光谱仪及光谱分析方法。

 

背景技术

激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术采用脉冲激光作为激发光源，无需或只需简单的样品预处理，便能够实现对样品微损的多元素同步快速检测。它已逐步发展成为一种潜在的工业过程在线检测技术，被尝试应用于各种工业过程的质量控制或状态诊断。

目前对该技术的研究，在提高LIBS测量精度的技术上，大多数研究者和使用者只关注于激光器、光谱分析仪、光纤等光源和光电检测等硬件模块性能的提高。但是，激光诱导击穿光谱技术作为一种光学测量技术，其测量精度除了受仪器硬件本身的影响外，其光路设计和等离子体信号收集角度对测量结果的准确性也具有重要的影响。这是由于聚焦后的脉冲激光脉冲作用于样品，使作用点处的样品被消融并激发形成等离子体，该等离子体为球状结构，其能量向四周发散。此时不同的信号收光角度收集到的等离子体信息存在差异。然而，在调整等离子体信号收集光路和收集角度的方式上，大部分使用者对收光角度的调整都缺乏较好的处理办法，难以实现精确调整。这对于光谱信号的准确测量以及准确度有很大影响，无法满足快速准确测量的要求。

为优化LIBS测量结果，需改变收光镜筒相对于激光光束的收集角度，对比不同收光角度下光谱信号的强弱和稳定性，而此做法被证明是有效的优化方法。但目前在调节收光角度时，每一个角度都需要把光路拆分后重新进行对焦、测量、定位，需要耗费大量时间，且每次调整均会引入人为误差，偏差较大。

 

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术中调整光路需要拆分设备的缺陷，提供一种激光诱导击穿光谱仪，本发明另一目的是提供一种激光诱导击穿光谱信号收集方法，能够精确调整等离子体信号的收集角度，使得测量结果更为准确。

本发明的第一个目的是提供一种激光诱导击穿光谱仪，其技术方案如下：包括收光镜筒、激光器；还包括旋转平台和旋转支柱，所述旋转平台与旋转支柱连接，旋转平台可绕所述旋转支柱所在中心轴线转动，相对于该中心轴线，所述激光器位置固定，所述收光镜筒固定于旋转平台上，且激光器和收光镜筒均正对该中心轴线上同一位置发射脉冲激光和收集光谱信号。

该光谱仪工作时，激光器向中心轴线处的样品发射脉冲激光，激发样品形成等离子体，收光镜筒正对该等离子体收集光谱信号，并随旋转平台的旋转而围绕该等离子体旋转，从不同角度收集光谱信号。由于收光镜筒由旋转平台带动进行旋转，因此，在调整收集光谱信号的角度时，无需将各部件拆分，仅需转动旋转平台即可，具有简单、快捷、稳定的优点。

下面对进一步技术方案进行说明：

还包括电机，所述旋转支柱为电机输出轴。通过电机转动带动旋转平台的转动，实现不同角度的连续调节和准确定位，可避免人为操作带来的误差，并且方便、易操作。

还包括控制箱，所述控制箱与电机电气连接。通过控制箱控制电机的转动，可以达到自动化操作，并且具有准确、可控的优点。

本领域技术人员知晓，除采用电机外，还可将所述旋转平台与旋转支柱转动连接。结构简单，制造成本低，且通过推动旋转平台即可使旋转平台转动，操作性强。

所述旋转平台上还设有固定导轨，所述固定导轨沿旋转平台旋转面的径向布置，所述收光镜筒与固定导轨滑动连接。收光镜筒可沿导轨方向前后调整，确保激发的等离子体与收光镜筒准确聚焦。

还包括固定放置的刻度盘支架，所述刻度盘支架上设有刻度环，所述刻度环套装于旋转平台外缘。

还包括给料仓；所述给料仓为底部开口的容器状结构，固定于旋转平台上方，所述旋转平台中心轴线处开有样品通孔；所述给料仓的底部开口位于样品通孔正上方。使粉状或液态样品持续的从给料仓底部下落，形成稳定的流体，经样品通孔流出。在样品下落过程中，与脉冲激光作用，产生等离子体，收光镜筒围绕样品旋转，从不同角度收集光谱信号。通过给料仓的设计，使该光谱仪适用于单相流和多相流的流体测定。

所述旋转平台下方设有容腔，该容腔底部为可拆卸式的端盖。样品由样品通孔流入该容腔中暂存，测定结束后，可拆开旋转平台底部的端盖，取出样品。

本发明的第二个目的是提供一种激光诱导击穿光谱信号收集方法，包括以下步骤：

1）固定激光器的位置，使其对样品发射脉冲激光，并将收光镜筒的收光口正对样品激发点收集光谱信号；