[发明专利]一种光声式激光击穿检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光谱测量技术领域，特别是一种使用光声光谱法的激光诱导击穿检测装置，适用于物质浓度定量分析。

背景技术

激光诱导击穿光谱法是一种激光烧灼式光谱分析方法，激光经过透镜聚焦到待测物质上(可以是固体、液体或气体)，当激光的能量密度大于待测样品击穿阈值时，先会产生纳米粒子云团，激光继续照射就会产生等离子体，这种等离子体的局部能量密度及温度非常高，用光谱仪收集待测样品等离子体表面产生的发射谱线的信号，就可以根据发射谱线的强度而定量分析里面物质的浓度。

光声光谱法一种基于光声效应发展起来的光谱技术。用一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池中的样品上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动，这种压力波动可用灵敏的微音器检测，并通过放大得到光声信号，这就是光声效应。若入射单色光波长可变，则可测到随波长而变的光声信号图谱，即为光声光谱。

目前的使用激光诱导击穿光谱法的检测极限为ppm量级，存在检测灵敏度较低的问题。而使用光声光谱法检测气体其检测灵敏度可以达到ppb甚至ppt量级，但如果直接检测固体物质，则由于存在谱线加宽而导致检测灵敏度下降以及谱线难以区分。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用性广并具有高检测极限的光声式激光击穿检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种光声式激光击穿检测装置，包括检测光路系统和电学系统，所述检测光路系统包括光声吸收腔、激发光源和检测光源，其中：

所述光声吸收腔包括腔体、入射窗口、激发聚光窗口、样品池以及气口，腔体可以是圆柱状，也可以是球状等其它适合的形状；腔体上设置可关闭的气口，前端设置入射窗口供检测光入射，关闭气口后形成密闭腔；腔体中段上方留有激发聚光窗口，样品池位于腔体中，与激发聚光窗口相对，待测物质置于样品池中；所述激发光源出射的激发光后对准样品池；所述检测光源出射的检测光经过检测光聚焦透镜后自入射窗口入射光声吸收腔。

所述电学系统包括激发光源控制器、检测光源控制器、微音探测器、信号放大单元和主机，其中：所述激发光源控制器连接控制激发光源；检测光源控制器连接控制检测光源，所述主机连接控制激发光源控制器和检测光源控制器；所述微音探测器嵌置于所述光声吸收腔的腔体中，微音探测器通过信号放大单元连接主机信号输入端。

优选的，所述激发光源使用脉冲激光光源。激发光源可以是紫外光源、可见光源或者红外光源，波段不受限制；可以是固体激光器，半导体激光器，气体激光器；可以是连续光源，也可以是脉冲光源，但以脉冲光源为佳。

优选的，所述检测光源为激光器、空心阴极灯或氙灯，也可以使其他光源，波段不受限制。

优选的，所述光声吸收腔在激发光入射前为真空状态。

优选的，所述样品池为可升降的移动样品池，可调整待测物质位置。

优选的，在检测光聚焦透镜和入射窗口间设置有斩波器。斩波器的作用是提供调制信号给检测光源，周期性调制检测光源的输出光频率。

进一步优选的，信号放大单元包括前置放大器和锁相放大器，所述微音探测器连接前置放大器，所述锁相放大器输入端连接前置放大器和斩波器，输出端连接主机；斩波器对检测光进行斩波，使得检测光有一定的规律，然后该信号由斩波器输入到锁相放大器的参考信号输入端，另外一路的微音探测器检测到的信号通过前置放大器把信号放大并输入到锁相放大器中，锁相放大器根据斩波器输入的信号规律对由前置放大器输入的信号进行提取，这样信噪比就得到提高，探测灵敏度更高。

本发明采用的技术方案原理为：在一个光声池中放置待测物质，激发光聚焦入射到待测物质上，待测物质由于吸热而形成纳米粒子云团并扩散到腔中，检测光入射到光声池中被纳米粒子云团中的成分吸收而产生光声效应，通过微音探测器探测到的声波强度而推算云团中物质的含量，进而推算待测物质中某一成分的含量。

本发明技术方案的有益效果为：利用光声效应提高了激光诱导击穿检测极限，且克服了现有光声光谱法不适用于固体检测的问题，保证了检测的灵敏度。

附图说明

图1a为本发明检测装置光声吸收腔结构正视图；

图1b为本发明检测装置光声吸收腔结构仰视图；

图2为本发明光声式激光击穿检测装置系统结构示意图。

其中：