[发明专利]一种利用光纤激光辅助增强激光探针的矿浆检测装置

权利要求书

1.一种利用光纤激光辅助增强激光探针的矿浆检测装置，其特征在于，包括：Nd:YAG激光器(1)、光纤激光器(2)、光路结构(3)、光谱仪(4)、ICCD(5)、计算模块(6)以及样品泵浦模块(7)；

所述样品泵浦模块(7)用于将静止的矿浆样品转化为流动的垂直的矿浆柱；所述Nd:YAG激光器(1)用于产生相对高单脉冲能量、低重复频率的激光脉冲，以烧蚀矿浆样品，在矿浆样品表面激发产生等离子体；所述光纤激光器(2)用于产生相对低单脉冲能量、高重复频率的激光脉冲，以加热矿浆样品，蒸发击穿点周围的水分，从而快速减少激光探针在矿浆表面检测点的水分，降低矿浆样品中水分对检测结果的影响，辅助增强脉冲激光产生的等离子体；所述光路结构(3)用于将所述Nd:YAG激光器(1)产生的激光束以及所述光纤激光器(2)产生的激光束汇聚于矿浆柱表面同一点，以及采集等离子体的光谱并传输至所述光谱仪(4)中；所述光谱仪(4)用于采集等离子体光谱，并将采集到的光谱信号进行分光处理，得到不同波长的光信号；所述ICCD(5)用于采集所述不同波长的光信号并将其转化为电信号，并将所述电信号传输至所述计算模块(6)；所述ICCD(5)还与所述Nd:YAG激光器(1)相连，以获取开始采集的触发信号；所述计算模块(6)分别与所述光纤激光器(2)和所述ICCD(5)相连，以控制所述光纤激光器(2)和所述ICCD(5)的协调运作，并对所述电信号进行处理，绘制相应的光谱图，进而根据所绘制的光谱图对等离子体特征光谱信号进行分析，并将分析结果予以显示；

工作时，先开启光纤激光器(2)，对矿浆柱表面进行预烧蚀，以产生一个热环境；然后开启Nd:YAG激光器(1)，在该热环境中激发出等离子体；

矿浆是矿石粉末和液体混合而成的固液混合物。

2.如权利要求1所述的利用光纤激光辅助增强激光探针的矿浆检测装置，其特征在于，所述光路结构(3)包括：第一笼式立方(31)、第二笼式立方(32)、第一激光波长反射镜(33)、第二激光波长反射镜(34)、第一聚焦镜(35)、第二聚焦镜(36)、光谱耦合镜(37)以及传输光纤(38)；

所述第一激光波长反射镜(33)设置于所述第一笼式立方(31)内，其中心与所述Nd:YAG激光器(1)产生的激光束的中心轴重合，且其镜面与激光传输方向的夹角为45°，用于使得激光束的方向发生90°的偏转；所述第二激光波长反射镜(34)设置于所述第二笼式立方(32)内，其中心位于所述第一激光波长反射镜(33)的反射光路上，且镜面与反射激光光束传输方向的夹角为45°，用于使得激光束的方向发生90°的偏转；经过两次反射后，所述Nd:YAG激光器(1)产生的激光束发生空间平移，且传输方向不变；

所述第一聚焦镜(35)位于所述第二激光波长反射镜(34)的反射光路上，且其中心轴与激光束的中心轴重合，用于将所述Nd:YAG激光器(1)产生的激光束聚焦于样品表面，以烧蚀矿浆样品，在矿浆样品表面激发产生等离子体；所述第二聚焦镜(36)位于所述光纤激光器(2)的激光头正前方，且其中心轴与所述光纤激光器(2)产生的激光束的中心轴重合，用于将所述光纤激光器(2)产生的激光束聚焦于样品表面，且聚焦点与所述第一聚焦镜(35)的聚焦点重合，以加热样品，蒸发击穿点周围的水分，辅助增强脉冲激光产生的等离子体；

所述光谱耦合镜(37)与所述第一聚焦镜(35)分别位于所述第二笼式立方(32)的两侧，且二者的中心轴重合，构成同轴采集系统；所述同轴采集系统用于将等离子体特征光谱耦合进所述传输光纤(38)，进而将等离子体特征光谱传输至与所述传输光纤(38)另一端相连的所述光谱仪(4)。

3.如权利要求1所述的利用光纤激光辅助增强激光探针的矿浆检测装置，其特征在于，所述Nd:YAG激光器(1)产生的激光束与所述光纤激光器(2)产生的激光束经过所述光路结构(3)后，二者的传输方向存在一个不超过45°的夹角，以保证充分烧蚀矿浆样品。

4.如权利要求1所述的利用光纤激光辅助增强激光探针的矿浆检测装置，其特征在于，所述样品泵浦模块(7)包括：样品容器(71)、喷头(72)、胶管(73)、蠕动泵(74)以及转接阀(75)；

所述样品容器(71)用于盛装矿浆样品，其底端通过所述转接阀(75)与所述胶管(73)的一端相连；所述胶管(73)的另一端与所述喷头(72)相连；所述蠕动泵(74)设置在所述胶管(73)上，用于对矿浆样品泵浦；所述样品容器(71)和所述喷头(72)可三维移动，以调整激光在矿浆柱上的击穿点位置，从而获得最佳的检测效果；

工作时，矿浆样品由所述蠕动泵(74)泵浦，从所述样品容器(71)的底部进入所述胶管(73)，并从所述喷头(72)喷出，从而形成流动的垂直的矿浆柱；通过移动所述样品容器(71)和所述喷头(72)调整激光在矿浆柱上的击穿点位置，以获得最佳的检测效果。