[实用新型]一种多模式荧光收集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光诱导击穿光谱分析技术，具体涉及一种用于激光诱导击穿光谱分析的多模式荧光收集系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱(LIBS)通过强脉冲激光烧蚀样品表面激发出等离子体，然后收集等离子体释放的荧光，通过对荧光光谱的分析可以定性甚至定量地探测样品所包含的元素成分以及含量，因此激光诱导击穿光谱分析是一种可以对样品可探测的所有元素同时分析的测量技术，近年来国内外对其研究和应用的研发都保有浓厚的兴趣。LIBS技术非常适合于需要对元素组成复杂的样品进行快速测量分析的应用场合，在钢铁、矿石等分析领域已经有了很多研究进展和相关应用。相比于传统分析方法，LIBS具有快速、原位测量、多元素分析等优点，可以进行对生产线上的产品的元素成分和工业指标进行智能、快速的监测分析，对提高生产效率有很大帮助，有很大的应用价值。

显然，在激光诱导击穿光谱分析中，对等离子体释放的荧光如何实现高效率、稳定的收集恰是系统良好运行甚至分析成功与否的关键。传统的荧光收集主要是旁轴收集的方法。该方法尽管结构简单，但是由于荧光具有方向任意、能量不均匀等特点，这就对收集装置的收集角度、收集距离等参数很明感，任何一个参数的变化都有可能给收集到的光谱带来很大的波动，这就严重影响到随后的分析结果的稳定性，对定量分析的结果就可能造成严重的偏差甚至是错误。所以如何改进或设计新型、稳定、高效的荧光收集系统就成为激光诱导击穿光谱分析真的关键。

激光诱导击穿光谱应用于煤质分析，由于煤矿、火力发电厂、选煤厂、煤炭储运销售等厂矿企业都需要对煤质进行化验分析，因而每家都建有煤质分析化验室。目前大都是采用传统常规的测试技术，煤质化验室基本需要配备有水分仪、灰分仪、硫仪、量热仪等设备。同时，煤炭业的持续下滑导致该行业竞争更加激烈，产品价格持续走低，煤炭产品多元化、多层次化、个性化发展趋势明显，品种日益增多，测量指标要求日益精细化、快速化和智能化。因此采用操作更简单、测试更快捷的煤质分析测试仪器对于煤炭企业来说迫在眉睫。

实用新型内容

针对以上现有技术问题中存在的问题，本实用新型提出了一种多模式荧光收集系统，对传统旁轴收集方式的角度、距离难以确定进行改进得到的旁轴收集模式，以及自主设计的椭球面同轴收集模式，解决了传统的荧光收集系统收集效率低以及对扰敏感的缺点。

本实用新型的多模式荧光收集系统包括：第一荧光收集装置、第二荧光收集装置、光谱仪、电动调节架和椭球面收集透镜；其中，第一荧光收集装置设置在电动调节架上，电动调节架位于激光束与样品的轴线的旁侧；椭球面收集透镜位于激光束与样品的轴线上，正对着样品表面；样品位于椭球面收集透镜的一个焦点上，第二荧光收集装置位于椭球面收集透镜的另一个焦点上；多模式荧光收集系统具有旁轴收集模式、同轴收集模式以及二者相结合的复合收集模式三种模式；在旁轴收集模式中，光谱仪通过输入光纤连接至第一荧光收集装置，激光束入射到样品上，产生的荧光由位于样品的旁侧的一个角度的第一荧光收集装置收集，电动调节架自动精密调节荧光收集装置对样品的俯仰角，以荧光谱线的强度达到最强的角度为收集角；在同轴收集模式中，光谱仪通过输入光纤连接至第二荧光收集装置，激光透过椭球面收集透镜入射到位于一个焦点上的样品上，产生的荧光经椭球面收集透镜反射汇聚到位于另一个焦点上的第二荧光收集装置，由第二荧光收集装置收集；在复合收集模式中，光谱仪通过两根输入光纤分别连接至第一和第二荧光收集装置，第一荧光收集装置旁轴收集荧光，同时第二荧光收集装置同轴收集荧光。

电动调节架采用压电陶瓷，第一荧光收集装置设置在压电陶瓷上，通过压电陶瓷的伸缩，精密地调节第一荧光收集装置对样品的俯仰角，使得光谱仪上测得的荧光谱线的强度达到最强，停止电动调节架，以此时的角度作为旁轴收集模式的收集角。

椭球面收集透镜的形状为截取椭球面中的一块。

本实用新型的多模式荧光收集系统是将传统的旁轴收集模式进行改进，并与同轴收集方式相接受，形成了一种可以根据测量需求进行模式选择的银荧光收集系统；依据所需要的测量程度选择不同的工作模式：如果仅仅需要定量地分析样品的元素成分，选择旁轴收集模式；如果不仅需要知道元素成分而且需要定量知道每一种元素的含量，则选择同轴收集模式，或者两种模式相结合的复合模式。

本实用新型的优点：