[發明專利]基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀

有效

• 申請號: 201310740318.9
• 申請日: 2013-12-28
• 公開（公告）號: CN103743710A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（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。與傳統的分析儀器相比，LIBS技術有著顯著的技術優勢，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、成本低等優點，可用于檢測固體、液體和氣體物質等。

然而，現有的LIBS系統還存在一些不足之處：

首先，傳統的LIBS系統大多采用Nd：YAG固體激光器在光學平臺上搭建復雜的光路系統，設備體積龐大，對設備放置的環境要求高，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、干燥環境等，因此無法將龐大的儀器搬到野外惡劣環境或工業現場進行檢測和分析；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系統的探測精度和穩定性。

其次，目前的有些LIBS系統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，也無法在工業現場進行實時監測。

發明內容

為了克服現有LIBS技術存在的一些缺陷和為了適應野外作業及工業現場實時檢測的需要，本發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，可用于野外環境或工業現場實時檢測，不需要真空環境，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據傳送到便攜式PC機。

本發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據傳送到便攜式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。