[發(fā)明專利]基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310740318.9
• 申請日: 2013-12-28
• 公開（公告）號: CN103743710A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 曾曉雁;曾慶棟;李祥友;郭連波;段軍;賀超;沈萌;李闊湖;郝中騏;陸永楓
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發(fā)明屬于激光精密檢測技術領域，具體為一種基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀(簡稱便攜式LIBS激光探針儀)，主要用于物質元素成分的定性與定量分析。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy，簡稱LIBS)是一種新型的物質成分分析技術，它是將脈沖激光束聚焦到樣品表面燒蝕形成等離子體而發(fā)射出光譜，通過采集等離子體光譜來分析其元素的成分及其含量。與傳統(tǒng)的分析儀器相比，LIBS技術有著顯著的技術優(yōu)勢，例如無需樣品制備，分析迅速，可同時檢測多種元素、探測極限低、成本低等優(yōu)點，可用于檢測固體、液體和氣體物質等。

然而，現(xiàn)有的LIBS系統(tǒng)還存在一些不足之處：

首先，傳統(tǒng)的LIBS系統(tǒng)大多采用Nd：YAG固體激光器在光學平臺上搭建復雜的光路系統(tǒng)，設備體積龐大，對設備放置的環(huán)境要求高，如需要專門的光學平臺等(例如，華南理工大學，李潤華等，光電雙脈沖激光誘導擊穿光譜儀及光譜分析方法，[P]，中國，200910041442，20100106；清華大學，馬曉紅等，檢測時間及位置可控的激光誘導擊穿光譜檢測裝置，[P]，中國，201010569401，20110720)。有些激光器需要恒溫、干燥環(huán)境等，因此無法將龐大的儀器搬到野外惡劣環(huán)境或工業(yè)現(xiàn)場進行檢測和分析；同時，由于Nd：YAG激光器能量的波動一般比較大，造成測量結果誤差比較大，影響了LIBS系統(tǒng)的探測精度和穩(wěn)定性。

其次，目前的有些LIBS系統(tǒng)為了增強等離子體光譜強度，往往采用一些輔助措施，例如充保護氣、抽成真空，電火花或微波加熱等等，這些輔助裝置的加入，往往需要做一個專門的樣品室，樣品室的大小使得目標樣品的尺寸受到很大限制，特別是無法完成大尺寸試樣的成分分析，也無法在工業(yè)現(xiàn)場進行實時監(jiān)測。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有LIBS技術存在的一些缺陷和為了適應野外作業(yè)及工業(yè)現(xiàn)場實時檢測的需要，本發(fā)明提供了一種基于光纖激光器的便攜式LIBS分析儀，該便攜式LIBS分析儀體積小、重量輕，攜帶方便，操作簡單，分析迅速，可用于野外環(huán)境或工業(yè)現(xiàn)場實時檢測，不需要真空環(huán)境，無需對樣品進行預處理；對所分析樣品的尺寸大小和導電性無限制，分析效率高。

本發(fā)明提供的一種便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它包括激光探測頭和主機系統(tǒng)兩部分，其中，探測頭包括激光輸出頭、光闌、反射鏡、二向色鏡、透鏡、第一微型位移臺、第二微型位移臺和光收集器；主機系統(tǒng)包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和光纖激光器主機；

第一微型位移臺、第二微型位移臺均安裝在激光探測頭的殼體內，透鏡安裝在第一微型位移臺上，光收集器安裝在第二微型位移臺上；激光輸出頭、光闌和反射鏡均位于同一光路上，且反射鏡與激光輸出頭的光軸成45度夾角；二向色鏡安裝在反射鏡的反射光路上，且主平面與反射鏡的主平面平行；光收集器、二相色鏡、透鏡和探測頭的出光口依次在另一光路上，且與激光輸出頭、光闌和反射鏡所在的光路平行；光收集器與光譜儀通過光纖相連；

所述第一微型位移臺和第二微型位移臺均與微控制器電信號連接，微控制器與便攜式PC機電信號連接，使得在便攜式PC機上能夠實現(xiàn)控制第一微型位移臺和第二微型位移臺的運動；便攜式PC機分別與光譜儀和光纖激光器控制卡電信號信號，用于控制光譜儀和激光器的工作，并使光譜儀同步采集的數(shù)據(jù)傳送到便攜式PC機。

本發(fā)明提供的另一種便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它包括激光探測頭和主機系統(tǒng)兩部分，其中，激光探測頭包括激光輸出頭、光闌、透鏡、光收集器和第一至第三微型位移臺，主機系統(tǒng)包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和和光纖激光器主機；

第一微型位移臺和第三微型位移臺安裝在激光探測頭的殼體內，透鏡安裝在第一微型位移臺上；激光輸出頭、光闌、透鏡和探測頭的出光口位于同一光路上，激光輸出頭安裝在第三微型位移臺上，光收集器安裝在第二微型位移臺上，且為旁軸采集，光收集器通過光纖與光譜儀相連；

所述第一微型位移臺至第三微型位移臺均與微控制器電信號連接，微控制器與便攜式PC機電信號連接，使得在便攜式PC機上能夠實現(xiàn)控制第一至第三微型位移臺的運動；便攜式PC機分別與光譜儀和光纖激光器控制卡電信號信號，用于控制光譜儀和與激光器同時工作，并使光譜儀同步采集的數(shù)據(jù)傳送到便攜式PC機。

作為上述二個技術方案的改進，該便攜式激光探針成分分析儀還可以設置偏振器和微型旋轉臺。