[發明專利]具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置及控制方法

無效

• 申請號: 200910075576.3
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101666745A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 賈鎖堂;張生俊;尹王保;閻高偉;王紅兵;李平柱;羅振紅;王學欽;張雷
• 申請（專利權）人: 太原市海通自動化技術有限公司;山西大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 山西太原科衛專利事務所
• 代理人: 朱 源;駱 洋

技術領域

本發明涉及激光感生光譜測量技術，具體是一種具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置及控制方法。

背景技術

激光感生光譜(Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy，LIBS)是一種新型光譜分析技術，利用聚焦的強脈沖激光激發物質產生等離子體，通過分析等離子體中的原子或離子發光光譜獲得物質元素成分含量信息，實現對樣品的元素分析。LIBS技術具有樣品制備簡單、多元素同步分析、分析速度快等優點，因此該技術被廣泛應用于各種物質的定性或定量分析，有著巨大的實用價值。目前，LIBS技術已經應用于環境污染監測、工業產品檢測和考古分析等領域。

在采用激光感生光譜技術進行物質元素成分分析時，需要將激光聚焦在被分析物質表面下某一負離焦量處，即激光聚焦點的位置要控制在被分析物質表面下、滿足測量要求的距離范圍內，此外，入射激光的離焦量變化對等離子體的形成影響較大，決定了等離子體產生的效率和效果，而且準確控制激光的聚焦點位置可以提高激發的功率密度，在相同功率密度的情況下則可降低脈沖激光源的功率；另外，需要將光纖探頭對準激光激發出來的等離子體，才能高效、有效采集脈沖激光激發產生的等離子體發出的特征光譜，減少雜散光和背景光的影響，最大限度的提高所采集特征光譜的強度，才能提高分析的精度。

因此，激光聚焦點位置的控制與光纖探頭的對準控制是激光感生光譜技術的兩大重點。而現有激光感生光譜測量裝置中都難以保證激光聚焦點位置的精確控制和光纖探頭的準確對準，本領域的技術人員總要在設備和試驗裝置的調試中做很多工作，經過反復調整才能獲得一個較為理想的設備狀態，但是該狀態卻不能保證其最優性和多次調整的重復性。這是因為在現有激光感生光譜測量裝置的調整方法中，激光聚焦點位置的調整是依靠量具測量和人眼觀察等離子體發光點來確定的，由于不同人的視差存在差異，必然導致調整的不一致性，而且當樣品表面不平整和不規則時，調整的難度和不確定性還會進一步增大。

光纖探頭的對準調整除依靠人眼觀察外，主要通過觀察激光激發物質產生的等離子體在光譜儀中的譜線強弱來實現。但是由于如下原因使得光纖探頭對準難度過大，不易實現光纖探頭準確對準：1、脈沖激光器激發能量不穩定(通常脈沖激光器激發能量的穩定度在±3％)，兩次激發后，光譜儀采集的數據存在較大波動；2、脈沖激光對物質激發后產生的光譜譜線較多，選擇適合的波長譜線及穩定光強作為參照量存在難度；3、脈沖激光的不連續性。

另外，考慮到激光感生光譜測量裝置在實際應用中的具體情況。雖然激光感生光譜測量裝置的各儀器大都有防震動措施和裝置，但是難免因工作環境或其他意外因素使設備偏離最佳工作狀態，在這種情況下如果沒有有效的自調整和校準手段，將難以保證激光感生光譜測量裝置正常穩定的工作。

發明內容

本發明為了解決現有激光感生光譜測量裝置實現激光聚焦點調整和光纖探頭對準的調整方法存在難度大、無法保證調整效果的問題，提供了一種具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置及控制方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置，包括待測物品放置平臺、光譜采集分析組件；所述光譜采集分析組件包含光譜儀、受光譜儀控制的脈沖激光器、至少一個經傳導光纖與光譜儀相應通道相連的光纖探頭，待測物品放置平臺置于脈沖激光器的正下方，脈沖激光器的光學窗口與待測物品放置平臺正對設置，且脈沖激光器的光學窗口前設置有聚焦透鏡；所述測量裝置還包括計算機、輔助光源組件、以及計算機經由電控單元控制的對焦調整組件和光纖探頭角度調整組件，光譜采集分析組件中的光譜儀與計算機相連；

所述對焦調整組件包括光學放大透鏡組、經光學放大透鏡組與待測物品放置平臺上與聚焦透鏡正對區域正對的CCD圖像傳感器、以及設置于待測物品放置平臺下的電動升降機構，CCD圖像傳感器經接口電路與計算機相連，電動升降機構與電控單元相連；

所述光纖探頭角度調整組件由各光纖探頭分別配設的電控旋轉裝置構成，各電控旋轉裝置與電控單元相連；