[發(fā)明專利]一種用于輝光放電濺射深度測(cè)量的雙激光器在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110161110.2
• 申請(qǐng)日: 2011-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN102829732A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小佳;萬真真;王海舟;賈云海;余興;張勝坤;羅劍秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號(hào): G01B11/22
• 分類號(hào): G01B11/22;G01N21/67
• 代理公司: 北京中安信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于利用放電測(cè)試材料的領(lǐng)域，具體了提供一種用于輝光放電濺射深度測(cè)量的雙激光器在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

輝光放電逐層濺射技術(shù)可以測(cè)定樣品各成分隨深度定量變化的規(guī)律，在涂鍍層、超硬涂層等樣品的快速深度分布分析領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在輝光光譜深度分析中，濺射深度的測(cè)量值是非常重要的分析信息。采用傳統(tǒng)輝光深度分析方法存在以下不足：由于主要通過對(duì)材料各元素的密度粗略估算來計(jì)算濺射深度，因而導(dǎo)致成分沿深度方向分布等重要參數(shù)的測(cè)量存在較大的誤差。

采用激光在線實(shí)時(shí)深度測(cè)量的新技術(shù)將為輝光定量分析方法提供更為準(zhǔn)確快速的深度分析信息，可以在線得到樣品濺射深度的真實(shí)測(cè)量值。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)激光在線實(shí)時(shí)深度測(cè)量方法的研究一直處于探索階段，仍存在以下不足：

前人的研究中由于光源構(gòu)造及測(cè)量方法等局限，沒有實(shí)現(xiàn)元素光譜信號(hào)與濺射深度信號(hào)的同步采集。另外，前人采用建立理論模型的方式排除濺射過程中光源位移對(duì)深度測(cè)量產(chǎn)生的影響，而單純的理論推導(dǎo)難以涵蓋所有真實(shí)參數(shù)的變化，最終得到的濺射深度實(shí)時(shí)測(cè)量曲線存在偏差。

現(xiàn)有技術(shù)中激光位移傳感器可精確非接觸測(cè)量被測(cè)物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測(cè)物的位移、厚度、振動(dòng)、距離、直徑等幾何量的測(cè)量。按照測(cè)量原理，激光位移傳感器原理分為激光三角測(cè)量法和激光回波分析法，激光三角測(cè)量法一般適用于高精度、短距離的測(cè)量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測(cè)量。

但是，在輝光放電材料分析裝置中采用激光位移傳感器進(jìn)行深度測(cè)量的技術(shù)方案，現(xiàn)有技術(shù)中還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供用于輝光放電濺射深度測(cè)量的雙激光器在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了輝光放電光譜信號(hào)與濺射深度信號(hào)的同步測(cè)量，能夠在輝光放電光譜儀進(jìn)行金屬樣品分析的同時(shí)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)得樣品的濺射深度測(cè)量曲線和準(zhǔn)確的濺射深度測(cè)量結(jié)果，為傳統(tǒng)輝光深度分析方法中對(duì)深度估算不準(zhǔn)確的問題提供有效解決方案。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種用于輝光放電濺射深度測(cè)量的雙激光器在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，它由輝光放電光譜信號(hào)測(cè)量單元和雙激光器濺射深度測(cè)量單元組成，包括輝光放電光源(GDS)、第一激光位移傳感器A、第二激光位移傳感器B以及光纖d，能夠?qū)崿F(xiàn)輝光放電光譜信號(hào)與濺射深度信號(hào)的同步測(cè)量；

其中輝光放電光源(GDS)包括第一石英觀測(cè)窗a以及第二石英觀測(cè)窗b；

第一激光位移傳感器A及第二激光位移傳感器B處于輝光放電光源c的同一側(cè)，且第一激光位移傳感器A位于第一石英觀測(cè)窗a的后方，正對(duì)樣品e濺射坑，實(shí)時(shí)測(cè)量樣品濺射深度；第二激光器B位于第二石英觀測(cè)窗b的后方，用來測(cè)量樣品e未濺射表面的位移。

所述輝光放電光源(GDS)，是符合激光三角測(cè)量的Grimm輝光放電光源。

所述第一石英觀測(cè)窗a用來觀測(cè)輝光光譜信號(hào)，且激光測(cè)量束通過所述觀測(cè)窗a測(cè)量樣品e濺射坑表面。

所述第二石英觀測(cè)窗b處于陽極筒f和陰極絕緣盤h之間，且激光測(cè)量束通過所述觀測(cè)窗b測(cè)量樣品e未濺射表面。

所述第一激光位移傳感器A和第二激光位移傳感器B是一種激光三角位移傳感器，其包括可激發(fā)激光測(cè)量束的激光器i以及CCD檢測(cè)器j。

一種使用本發(fā)明所述的裝置進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量的方法，包括如下步驟：1)激發(fā)及形成濺射坑，2)信號(hào)采集，3)信號(hào)解析；

(1)所述激發(fā)及形成濺射坑步驟中，針對(duì)不同金屬材料樣品選擇濺射條件，輝光放電光源(GDS)激發(fā)輝光c，在金屬材料樣品e表面形成濺射坑，同時(shí)第一激光位移傳感器A通過第一石英觀測(cè)窗a激發(fā)激光測(cè)量束，及第二激光位移傳感器B通過第二石英觀測(cè)窗b激發(fā)激光測(cè)量束；

(2)所述信號(hào)采集步驟中，第一激光位移傳感器A通過第一石英觀測(cè)窗a實(shí)時(shí)采集樣品e濺射坑的激光測(cè)量信號(hào)，第二激光位移傳感器B通過第二石英觀測(cè)窗b采集樣品e未濺射表面的激光測(cè)量信號(hào)，同時(shí)金屬材料樣品的輝光放電光譜信號(hào)也通過第一觀測(cè)窗a被光纖d接收并且實(shí)時(shí)傳輸?shù)捷x光放電光譜儀；

(3)所述信號(hào)解析步驟中，對(duì)上述步驟(2)中的第一激光位移傳感器A和第二激光位移傳感器B采集的信號(hào)進(jìn)行解析得到濺射坑以及未濺射表面的測(cè)量數(shù)據(jù)，以系統(tǒng)時(shí)間為單位疊加濺射坑以及未濺射表面的測(cè)量數(shù)據(jù)，得到所述金屬材料樣品濺射深度的在線實(shí)時(shí)測(cè)量曲線。

第一激光位移傳感器A和第二激光位移傳感器B在光源的同一側(cè)同步測(cè)量樣品e濺射坑深度和樣品e表面未濺射面的位移，用于消除濺射過程中光源系統(tǒng)的位移對(duì)深度實(shí)時(shí)測(cè)量的影響。