[发明专利]自动对焦装置及采用该装置的块状物LIBS在线检测装置

说明书

本发明涉及激光诱导击穿光谱技术，具体为一种自动对焦装置及采用该装置的块状物LIBS在线检测装置。一种自动对焦装置，包括透镜组、中心开孔的荧光反射镜、面阵CCD以及计算机；所述透镜组包括位于同一主光轴上的第一、第二透镜及第三透镜；其中第二透镜为凹透镜且位于第一、第三透镜之间；第一、第三透镜为凸透镜且位置固定；第二透镜设在一个驱动装置上并可沿主光轴在第一、第三透镜之间移动；所述荧光反射镜位于第一透镜不与第二透镜相邻的一侧；所述面阵CCD位于荧光反射镜的反射光路上。本发明无须测距装置，可根据传送带物料高度自动对焦。克服了采用普通变焦镜头可分析波段有限、不能分析紫外光谱，结构复杂、易受粉尘污染的缺点。

技术领域

本发明涉及激光诱导击穿光谱技术，具体为一种自动对焦装置及采用该装置的块状物LIBS在线检测装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种基于激光发射光谱的物质成分检测技术。用高能量的脉冲激光经透镜聚焦到样品表面，使样品表面附近的原子被激发电离形成等离子体，通过测量等离子体自发辐射谱线的波长及强度即可获知样品中元素组成和含量。相比于传统检测方法，LIBS技术具有测量速度快、无需样品预处理、可多元素同时分析、无辐射等优势，非常适合对物质成分的实时、在线检测。在电力、煤矿、冶金、水泥、农作物检测等工农业生产过程控制中有着广阔的应用潜力。

用LIBS技术进行分析需将激光聚焦到样品表面，因此需要保证样品表面到聚焦透镜的距离恒定，而对于传送带上的块状物，由于其大小不等、分布不均、空隙率大，表面高低不平，在线分析较为困难。申请人曾公开一种在线检测技术，利用带驱动马达的变焦镜头，根据物料高度自动调节镜头焦距，实现对传送带上物料的自动对焦，该装置通过变焦技术，实现了LIBS技术对传送带块状物料的在线检测，但该系统所能分析的光谱范围受限。普通变焦镜头镜片材质为玻璃，而玻璃对紫外波段的光辐射透射率很低，尤其对波长为300nm以下的波段透射率极低。而LIBS系统要通过此镜头会聚等离子体光谱，因此采用变焦镜头不能对紫外波段的光谱进行分析。如采用石英透镜，对紫外线会有较高的透射率，但变焦镜头镜片数量多，结构复杂，若重新用石英打磨透镜，则程序繁琐，工艺复杂，后期改装成本高。

因此，利用石英透镜提供一种透镜数量少，结构简单的自动变焦装置用于LIBS在线分析系统实为必要。

发明内容

本发明为解决目前LIBS系统进行物料成分分析时，存在光谱分析范围受限以及变焦镜头结构复杂难以调节的技术问题，提供一种自动对焦装置及采用该装置的块状物LIBS在线检测装置。

本发明所述的自动对焦装置是采用以下技术方案实现的：一种自动对焦装置，包括透镜组、中心开孔的荧光反射镜、面阵CCD以及计算机；所述透镜组包括位于同一主光轴上的第一、第二透镜及第三透镜；其中第二透镜为凹透镜且位于第一、第三透镜之间；第一、第三透镜为凸透镜且位置固定；第二透镜设在一个驱动装置上并可沿主光轴在第一、第三透镜之间移动；所述荧光反射镜位于第一透镜不与第二透镜相邻的一侧；所述面阵CCD位于荧光反射镜的反射光路上；面阵CCD的信号输出端与计算机的信号输入端相连接；计算机的信号输出端与驱动装置的信号输入端相连接。

采用本发明所述的自动对焦装置，可以方便快捷的完成自动对焦操作。进行对焦时，待测物料经透镜组所成的“像”被荧光反射镜反射至面阵CCD，面阵CCD将采集到的光强信号转换成相应的电信号之后输入至计算机，计算机采用设定的判定规则对信号进行判断。所述对焦判定规则如下：根据透镜成像规律，当物料刚好位于透镜组焦点时，从物料位置发出的光线经透镜组会聚后近似为平行光，此时面阵CCD上各像素点处的光强度近似相同，亦即CCD上各像素点光强度的标准差最小。所以上下移动第二透镜，使透镜组的焦距变化，同时由计算机处理CCD上各像素点的光强数据，当光强标准差最小时，即刚好完成对焦。