[发明专利]一种激光诱导击穿光谱检测系统

说明书

本发明提供一种激光诱导击穿光谱检测系统，包括激光诱导光源、分光单元、光谱参数监测单元、数据筛选单元和分析单元；其中，数据筛选单元分别与分光单元、光谱参数监测单元和分析单元连接；激光诱导光源用于向待检测材料输出激光以激发待检测材料产生等离子体光；分光单元用于对等离子体光进行分光，并输出光谱数据；光谱参数监测单元用于监测分光单元输入侧等离子体光和/或输出侧光谱数据的光谱参数；数据筛选单元根据光谱参数对光谱数据进行筛选和/或修正，并输出有效光谱数据；分析单元根据有效光谱数据获取待检测材料的成分。本发明提供的系统，降低了分光单元不稳定导致的干扰，提高了光谱数据稳定性，实现了高精度的成分分析。

技术领域

本发明涉及激光诱导击穿光谱技术领域，尤其涉及一种激光诱导击穿光谱检测系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是基于激光和材料相互作用产生的发射光谱的一种元素成分分析技术。激光诱导击穿光谱技术通常由激光诱导光源产生激光，在待测样品上烧蚀产生等离子体，通过光谱仪(或分光光度计等)进行等离子的光信号采集，然后选择待分析元素特定波长的光谱信号进行处理，得到样品成分的定性定量信息。该技术在测量过程中，对样品的破坏性小，样品消耗量极低，属于非破坏测量，并且无需对样品进行预处理即可实现对任何物理状态物质的元素分析，具有适用范围广、分析速度快、测量破坏性小、可远程非接触测量以及可实现实时检测等优点。

目前，基于激光诱导击穿光谱技术的研究，主要集中于对不同应用领域的检测、不同的检测方法及对光谱数据的处理方法上。

针对不同领域的应用，研究人员先后提出了基于激光诱导击穿光谱的水稻品种鉴别、钢水成分的在线检测、水体金属污染物的探测、痕量元素分析和煤质分析等技术方案。而针对不同的激光诱导技术、光谱探测方法，有部分激光诱导检测技术实现了信号的增强和改进。例如一种基于二维能量相关的激光诱导击穿光谱的分析系统及方法，能够更为清晰地解析光谱特征，提高常规激光诱导击穿光谱方法的检测能力和重复性。又例如采用特殊的测量容器，让待测液体匀速通过该测量容器，然后将高能量脉冲激光聚焦到容器中流动的待测样品表面，诱导等离子体光谱，同时容器内液体表面采用鼓风机加大空气流通，以便清除测量中产生的悬浮物或者尘埃，提高测量精度。此外在不同的激光诱导光学结构及数据处理算法研究领域，人们先后提出采用双向分光的二向色光学器件实现对特定波长光透射和反射、选用有孔镜片来实现同轴收发。

上述各个方向的研究均对激光诱导击穿光谱技术的发展产生了巨大的推动作用。然而，在现有的激光诱导击穿光谱检测系统中，存在着由于关键部件输出的不确定性，导致测量结果不确定的问题。例如光谱仪自身的噪声波动、外界干扰、波长漂移导致得到的光谱信号发生波动。上述不确定因素严重制约了激光诱导击穿光谱检测的精度。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的部件输出的不确定性导致的测量结果不确定的问题，提供了一种激光诱导击穿光谱检测系统。

一方面，本发明提出一种激光诱导击穿光谱检测系统，包括激光诱导光源、分光单元、光谱参数监测单元、数据筛选单元和分析单元；其中，所述数据筛选单元分别与所述分光单元、光谱参数监测单元和分析单元连接；所述激光诱导光源用于向待检测材料输出激光以激发所述待检测材料产生等离子体光；所述分光单元用于对所述等离子体光进行分光，并输出光谱数据；所述光谱参数监测单元用于监测所述分光单元输入侧等离子体光和/或输出侧光谱数据的光谱参数；所述数据筛选单元根据所述光谱参数对所述光谱数据进行筛选和/或修正，并输出有效光谱数据；所述分析单元根据所述有效光谱数据获取所述待检测材料的成分。

优选地，所述光谱参数包括所述分光单元输入侧的等离子体光的能量强度、漂移情况以及所述分光单元输出侧的光谱数据的能量强度、信噪比和信倍比中的至少一种。

优选地，所述数据筛选单元基于筛选规则，根据所述光谱参数对所述光谱数据进行筛选，所述筛选规则通过预先设定或人工智能算法获取。