[實用新型]雙重復用激光光譜火星礦物成分分析系統

有效

• 申請號: 201520979097.5
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN205246540U
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 舒嶸;萬雄;徐衛明;閻志欣;章婷婷;劉鵬希
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

1.一種雙重復用激光光譜火星礦物成分分析系統，它包括光學頭部(3)、光纖復用器(5)、短波光纖(6)、中波光纖(7)、長波光纖(8)、短波光譜儀(9)、中波光譜儀(10)、長波光譜儀(11)、定標板支架(12)、定標板(13)、指向鏡支架(21)、二維指向鏡(22)、二維轉動控制組件(53)、指向鏡控制電纜(54)及載荷控制器(19)；其特征在于：

光學頭部(3)包括顯微成像探測器(23)、自聚焦探測器(24)、第二分色片(25)、第一分色片(26)、中繼透鏡組(27)、主鏡(28)、主鏡支撐架(29)、次鏡調焦組件(30)、次鏡(31)、次鏡支撐架(32)、自聚焦激光器(33)、多色鏡(34)、保護窗口(35)、拉曼全反鏡(37)、LIBS全反鏡(39)、轉折鏡(40)、倍頻選擇機構(41)、二倍頻器(42)、三倍頻器(43)、四倍頻器(44)、擴束準直鏡(45)、光路切換器(46)、分控制線纜(49)、主激光器(50)、尾部保護罩(51)、光學頭部控制線纜(20)及紫外可見光譜儀光纖(4)；

短波光譜儀(9)、中波光譜儀(10)、長波光譜儀(11)及載荷控制器(19)安裝在火星車內；定標板(13)由若干塊LIBS及拉曼定標樣品組成，通過定標板支架(12)安裝在火星車頂板(14)上；指向鏡支架(21)底部安裝在火星車頂板(14)上，并在該處開有圓孔(52)，二維指向鏡(22)安裝在指向鏡支架(21)上方；光學頭部(3)上方開有透明保護窗口(35)，其形狀尺寸與圓孔(52)一致，光學頭部(3)安裝在火星車頂板(14)下面，安裝位置保證透明保護窗口(35)與圓孔(52)位置一致；

顯微成像探測器(23)、自聚焦探測器(24)、次鏡調焦組件(30)、自聚焦激光器(33)、光路切換器(46)、倍頻選擇機構(41)及主激光器(50)各自帶有分控制線纜(49)，七路分控制線纜(49)組成光學頭部控制線纜(20)，與載荷控制器(19)相聯接，用于接收載荷控制器(19)的控制信號，其中顯微成像探測器(23)與自聚焦探測器(24)還可通過光學頭部控制線纜(20)向載荷控制器(19)反饋測量信息，載荷控制器(19)通過指向鏡控制電纜(54)與二維轉動控制組件(53)相連，用以發出控制信號，使二維指向鏡(22)繞水平軸和垂直軸轉動，實現二維指向；

短波光譜儀(9)、中波光譜儀(10)與長波光譜儀(11)均采用Czerny-Turner形式的平面光柵光譜儀結構，傳感器均采用ICCD面陣傳感器，其極高靈敏度可保證LIBS探測的同時傳感脈沖激光誘導拉曼極其微弱的光譜信號；短波光譜儀(9)、中波光譜儀(10)與長波光譜儀(11)各自通過USB接口傳輸線(18)與載荷控制器(19)聯接，向載荷控制器(19)輸出光譜信號并且接收載荷控制器(19)的控制信號，用于同步開啟長波ICCD探測器(15)、中波ICCD探測器(16)、短波ICCD探測器(17)進行曝光及調節曝光時間TB；載荷控制器(19)可給主激光器(50)發啟動脈沖，并控制主激光器(50)與短波光譜儀(9)、中波光譜儀(10)與長波光譜儀(11)開啟之間的延時TD；

次鏡(31)與主鏡(28)組成卡塞格林望遠鏡結構，次鏡(31)安裝在次鏡支撐架(32)上，可由次鏡調焦組件(30)控制沿主光軸(38)平移，從而改變卡塞格林望遠鏡的焦距，實現不同距離的激光聚焦，主鏡(28)安裝在主鏡支撐架(29)上；

主激光器(50)發射的脈沖激光束經光路切換器(46)切換到第一路時，先由擴束準直鏡(45)擴束準直、LIBS全反鏡(39)反射、轉折鏡(40)轉折后，再由次鏡(31)反射，主鏡(28)反射后，沿主光軸(38)向上行進，通過保護窗口(35)向上穿出，再通過二維指向鏡(22)改變行進方向，實現對目標位置點的激光聚焦；

二倍頻器(42)、三倍頻器(43)與四倍頻器(44)安裝在倍頻選擇機構(41)上，可由倍頻選擇機構(41)控制選擇二倍頻器(42)、三倍頻器(43)、或是四倍頻器(44)切入第二光軸(36)；主激光器(50)發射的脈沖激光束經光路切換器(46)切換到第二路時，先經二倍頻器(42)、三倍頻器(43)、或是四倍頻器(44)進行倍頻，倍頻后的脈沖激光束依次經拉曼全反鏡(37)、多色鏡(34)反射，沿主光軸(38)向上行進，通過保護窗口(35)向上穿出，再通過二維指向鏡(22)改變行進方向，實現對目標位置點的激光照射；

主光軸(38)、第二光軸(36)、第四光軸(48)三者平行；主光軸(38)與第三光軸(47)垂直；主光軸(38)及指向光軸(55)與二維指向鏡(22)的法線共面，滿足反射定律的幾何關系，主光軸(38)與指向光軸(55)的交點為二維指向鏡(22)的中心，定義為主參考點(56)。根據定標板(13)相對于主參考點(56)的空間位置，即距離和方位角，可算出對應二維指向鏡的角度值及卡塞格林望遠鏡的焦距值，這些值儲存在載荷控制器(19)的存儲器中作為預設值供調用，用以實現對定標板(13)上定標樣品的指向和激光聚焦。