[發明專利]一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析裝置及方法

有效

• 申請號: 201410109122.4
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103884649A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 丁洪斌;海然;吳鼎;劉平;趙棟燁;李聰;馮春雷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/63
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 裴毓英

1.一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析裝置，其特征在于，包括：控制系統（1），環境探測模塊（2），恒溫機箱（4），包含于恒溫機箱（4）內部的雙脈沖激光發射模塊、光譜采集分析模塊，以及設置在恒溫機箱（4）外部的攝像頭模塊（3）；所述控制系統（1）分別與環境探測模塊（2）、攝像頭模塊（3）電連接；

所述雙脈沖激光發射模塊進一步包括：控制器Ⅰ（5）、聚焦透鏡組（7）、雙脈沖激光器（6）；所述控制器Ⅰ（5）與控制系統（1）電連接，且根據控制系統（1）的指令控制雙脈沖激光器（6）發出激光脈沖，經光譜采集分析模塊的二相色鏡（8）反射再經聚焦透鏡組（7）聚焦在被測樣品（11）表面，聚焦激光脈沖燒蝕被測樣品（11）表面并形成等離子體（12）；

所述光譜采集分析模塊進一步包括：控制器Ⅱ（9）、收集透鏡組（13）、光譜儀（10）、光譜分析單元（15）；所述等離子體（12）的光譜信號經過聚焦透鏡組（7）再經收集透鏡組（13）后聚焦到傳輸光纖（14）端面上，經過光纖傳輸后射入光譜儀（10）記錄并保存；所述光譜分析單元（15）通過USB或其他等信號傳輸線與光譜儀（10）連接；所述光譜分析單元（15）內存有光譜數據庫、光譜學參數和儀器參數信息，能對光譜儀（10）中的光譜數據進行解析換算，并將結果傳回控制系統（1），光譜分析單元（15）與控制系統（1）電連接；所述光譜分析單元（15）數據庫中存儲有所有元素的原子、離子、分子發射譜線的波長信息，通過對比光譜儀（10）記錄等離子體12光譜中線狀譜，能識別出等離子體12種所含元素種類，并根據光譜儀（10）所記錄的各元素發射譜線強度值結合光譜學參數、儀器參數，得到各元素含量；所述光譜儀（10）依次與控制器Ⅱ（9）、的光譜分析單元（15）電連接。

2.根據權利要求1所述的一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析裝置，其特征在于，所述恒溫機箱（4）進一步包括：轉動支架（16），所述轉動支架（16）連接恒溫機箱（4）和其他傳動裝置，并根據控制系統（1）的指令調整并固定恒溫機箱（4）的姿態。

3.根據權利要求1所述的一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析裝置，其特征在于，所述恒溫機箱（4）內部設有溫度調節模塊。

4.根據權利要求1所述的一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析裝置，其特征在于，所述收集透鏡組（13）由若干透鏡、濾波片組成。

5.一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析方法，包括以下步驟：

步驟1：控制系統（1）根據攝像頭模塊（3）中攝像頭所拍攝圖像提取出被測樣品（11）的精確位置；

步驟2：控制系統（1）控制雙脈沖激光發射模塊調整激光束發射方向及聚焦狀態；同時，控制系統（1）控制光譜采集分析模塊的收集透鏡組（13）調整好方向及焦距，做好光譜收集的準備；

步驟3：控制系統（1）發出指令到環境探測模塊（2），對月球環境進行初步測量，并將氣壓、成分各個信息回饋給控制系統（1）；所述控制系統（1）根據環境參數從控制系統（1）的數據庫中讀出最佳參數；所述控制系統（1）相當于一臺計算機，內部有事先寫入的數據庫，當傳感器探測到環境參數，將信號輸入控制系統（1）（計算機）內部軟件與數據庫數據對比，調出下一步實驗參數，輸出給相應設備；?

步驟4：控制系統（1）根據上述最佳參數，控制雙脈沖激光發射模塊按一定時序先后發射兩個激光脈沖，同時控制系統（1）根據光譜儀（10）延遲時間參數采集分析被測樣品（11）所產生的等離子體（12）發射光譜信號；

步驟5：光譜分析單元（15）對光譜儀（10）記錄的光譜數據進行解析，并給出被測樣品（11）所含的各種成分的含量信息，傳給控制系統（1）；

步驟6：三維成像的深度分布測量；可重復激光雙脈沖發射光譜收集過程，獲得一個測量位置不同深度的光譜數據，完成該位置的深度測試后，控制系統（1）控制雙脈沖激光發射模塊和光譜采集分析模塊同步移動到下一測量位置進行深度測試，完成后繼續移動，直至掃描全部待測的區域；

步驟7：根據不同位置所測得的光譜數據，推算出不同位置各元素的含量值，進而繪制出不同元素的三維空間分布情況；

步驟8：控制系統（1）將所得到的光譜數據及分析結果以數據包形式通過無線電信息傳輸系統傳回地球控制室。

6.根據權利要求5所述的一種雙脈沖激光誘導擊穿光譜分析方法，其特征在于，所述步驟3中的最佳參數為激光脈沖模式及雙脈沖間延遲時間、光譜儀門延遲時間、門寬等參數。