[實(shí)用新型]雙重復(fù)用激光光譜火星礦物成分分析系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520979097.5
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN205246540U
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒嶸;萬雄;徐衛(wèi)明;閻志欣;章婷婷;劉鵬希
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)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

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及一種激光光譜探測方法,尤其涉及一種采用雙重復(fù)用激光光譜技術(shù)的遠(yuǎn)程礦物成分分析系統(tǒng)，適用于火星表面礦物成分分析，屬于光電探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在深空探測的火星表面礦物成分分析中，由于載人火星登陸技術(shù)尚未成熟，需要使用無人操作的遠(yuǎn)程自動(dòng)探測方法。相對于其它的遠(yuǎn)程物質(zhì)成分探測方法，激光光譜類探測方法因其無需樣品制備，分析速度快，可同時(shí)進(jìn)行多元素分析和微量元素檢測，可以清除樣品表面塵埃層和深入樣品內(nèi)部進(jìn)行測量等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)或即將得到應(yīng)用。

在激光光譜探測中，激光誘導(dǎo)擊穿光譜(簡稱LIBS)是一種典型的物質(zhì)元素探測方法，已在美國“好奇號”火星物質(zhì)探測上得到應(yīng)用。激光拉曼光譜技術(shù)可以有效提供地質(zhì)和礦物成分信息，尤其是與水有關(guān)的過程(例如，化學(xué)風(fēng)化，化學(xué)沉淀如鹵水等)。此外它能夠檢測各種各樣的有機(jī)官能團(tuán)，并為有機(jī)物和某些關(guān)鍵顏料探測提供檢測手段，可用于評估火星地質(zhì)環(huán)境可居住性的優(yōu)劣。

采用單一的LIBS技術(shù)能對火星表面的主要元素進(jìn)行探測，但無法探測分子組成形式和有機(jī)官能團(tuán)。

遠(yuǎn)程LIBS光譜與激光拉曼光譜技術(shù)的聯(lián)合探測，可發(fā)揮合自的優(yōu)勢，有效擴(kuò)大火星表面礦物分析的范圍。但需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題，如常規(guī)激光拉曼采用連續(xù)窄線寬激光器，而LIBS采用窄脈沖低重頻激光器，為解決探測裝置的緊湊便捷性，光源及探測器如何復(fù)用的問題；以及時(shí)域分辨脈沖激光拉曼信號的探測及兩種光譜信號的時(shí)序分配問題；此外由于激光誘導(dǎo)熒光的影響，時(shí)域斯托克斯拉曼信號常被熒光信號覆蓋，需采用多個(gè)波長進(jìn)行激發(fā)以相互補(bǔ)充，減少熒光干擾，提高分子探測全面性等。

針對單一激光光譜方法的不足，本發(fā)明提出一種雙重復(fù)用激光光譜探測系統(tǒng)與方法，采用同一脈沖激光源與三個(gè)倍頻模塊實(shí)現(xiàn)光源的復(fù)用；采用相同長中短波三路光譜儀及相應(yīng)的譜段ICCD面陣探測器，實(shí)現(xiàn)分光與光譜探測的復(fù)用；此外，遠(yuǎn)程微區(qū)成像及激光自聚焦功能的實(shí)現(xiàn)也共享了主光路；以上硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)用在有效擴(kuò)大火星礦物分析范圍的同時(shí)，保持了系統(tǒng)的緊湊便捷性，適合火星探測工程的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本專利的目的在于提供一種火星物質(zhì)識別的雙重復(fù)用激光光譜探測系統(tǒng)，在有效擴(kuò)大物質(zhì)成分探測類型的同時(shí)，滿足航天探測系統(tǒng)的體積功耗等要求。

本專利是這樣來實(shí)現(xiàn)的：

本專利提出的雙重復(fù)用激光光譜火星礦物成分分析系統(tǒng)主要包括光學(xué)頭部、光纖復(fù)用器、短波光纖、中波光纖、長波光纖、短波光譜儀、中波光譜儀、長波光譜儀、定標(biāo)板支架、定標(biāo)板、指向鏡支架、二維指向鏡、二維轉(zhuǎn)動(dòng)控制組件、指向鏡控制電纜及載荷控制器。

其中，光學(xué)頭部主要由顯微成像探測器、自聚焦探測器、第二分色片、第一分色片、中繼透鏡組、主鏡、主鏡支撐架、次鏡調(diào)焦組件、次鏡、次鏡支撐架、自聚焦激光器、多色鏡、保護(hù)窗口、拉曼全反鏡、LIBS全反鏡、轉(zhuǎn)折鏡、倍頻選擇機(jī)構(gòu)、二倍頻器、三倍頻器、四倍頻器、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、光路切換器、分控制線纜、主激光器、尾部保護(hù)罩、光學(xué)頭部控制線纜及紫外可見光譜儀光纖組成。

短波光譜儀、中波光譜儀、長波光譜儀及載荷控制器安裝在火星車內(nèi)。定標(biāo)板由若干塊LIBS及拉曼定標(biāo)樣品組成，通過定標(biāo)板支架安裝在火星車頂板上；指向鏡支架底部安裝在火星車頂板上，并在該處開有圓孔，二維指向鏡安裝在指向鏡支架上方；光學(xué)頭部上方開有透明保護(hù)窗口，其形狀尺寸與圓孔一致，光學(xué)頭部安裝在火星車頂板下面，安裝位置保證透明保護(hù)窗口與圓孔位置一致。

顯微成像探測器、自聚焦探測器、次鏡調(diào)焦組件、自聚焦激光器、光路切換器、倍頻選擇機(jī)構(gòu)及主激光器各自帶有分控制線纜，七路分控制線纜組成光學(xué)頭部控制線纜，與載荷控制器相聯(lián)接，用于接收載荷控制器的控制信號，其中顯微成像探測器與自聚焦探測器還可通過光學(xué)頭部控制線纜向載荷控制器反饋測量信息。載荷控制器通過指向鏡控制電纜與二維轉(zhuǎn)動(dòng)控制組件相連，用以發(fā)出控制信號，使二維指向鏡繞水平軸和垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二維指向。