[發明專利]利用LIBS光譜的快速材料分析

在審

• 申請號: 201580045277.9
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN107107122A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 史蒂文·G·巴克利;達瑞克·L·尼庫姆
• 申請（專利權）人: TSI公司
• 主分類號: B07C5/342
• 分類號: B07C5/342;B07C5/36;G01N21/71;G01J3/443
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 何沖

文中描述了一種LIBS測量系統，該LIBS測量系統提供了位于大致V形的斜槽或套管中的孔口、孔或開口，所述孔口、孔或開口允許從所述斜槽的底部接近待分析的材料。激光束穿過所述孔對準，光電探測器組件收集穿過所述孔而返回的光（信號）。在收到啟動信號之后，位于所述斜槽的輸出端處的分流器設備使某些顆粒從所述斜槽分流。

臨時申請的優先權聲明

本申請要求于2014年6月23日提交、申請號為62/015,756的美國臨時專利的優先權，該臨時專利的全部內容通過完全引用并入本文。

技術領域

本發明涉及激光誘導擊穿光譜（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）的領域，更具體地涉及一種用于對運輸系統上移動的材料執行LIBS分析的方法及系統。

背景技術

對于各種應用，需要用于確定樣品的物質組成的方法。一種已知的方法是激光誘導擊穿光譜（LIBS），LIBS包括將一個激光束聚焦至樣品的一個表面，利用足夠高的功率密度將樣品材料的小部分轉換成等離子體狀態。等離子體羽的光發射由光收集組件來收集，所收集的光發射的譜分布（即，根據波長的強度）在波長靈敏檢測器（比如，分光儀）中分析，該波長靈敏檢測器以電子形式生成信息，描述所述譜分布。由于樣品材料的原子及分子成分具有特有的光發射光譜，所述分光儀生成的信息揭示樣品的激光束聚焦或指向的部分的成分。

原則上，所述樣品可能是固體、液體或氣體。在氣態樣品的情況下，樣品的“表面”的概念不存在，激光束僅聚焦在氣態樣品中。已知的LIBS測量設備的缺陷包括結構龐大以及現場應用的受限適應性。在某些應用中，LIBS測量系統能夠根據元素濃度表示各種樣品。在其它應用中，材料的類型，比如，特定的合金合成物，可以利用或不利用精確的元素濃度的測定來識別。LIBS技術相對于XFR（x射線熒光）的首要優點在于其能夠測定比如Li、B、Be、C、Al、Na 以及Mg的光元素的元素濃度。

在庫馬爾（Kumar）的美國專利6,795,179中，描述了一種金屬顆粒分揀系統，包括傳送機，其用于隨機地傳送在一隨機方位的成形的零碎金屬件；圖像檢測器，其用于電子地記錄預定義觀察區域的圖像，所述零碎工件通過傳統的平直傳送機系統在該預定義觀察區域中傳送；位置檢測器，其用于檢測傳送帶的移動；激光系統，其配置為在選定的時間間隔內提供包括一連串的多個激光脈沖的激光束；以及至少一個激光掃描組件，其包括可定位束分流器和聚焦元件，可定位束分流器用于引導激光束至傳送機上的選定目標區域中的任何位置處的選定工件，聚焦元件安裝在束分流器的激光脈沖的源頭的下游處以聚焦光束并且提供沿一個平面的均勻的激光功率密度。所述系統進一步包括光收集器，其用于收集受激光脈沖照射的工件所產生的等離子體的光；光分布及光譜分析儀系統，其用于隔離和測量所收集的光的至少一個選定帶；分離器，其基于鑒別器信號轉移工件至不同的箱子；以及控制邏輯，其用于繼續獲取傳送機的選定觀察區域的圖像，處理圖像以識別并且當零碎工件經過觀察區域時放置零碎工件，監控激光系統以確定下一激光脈沖何時可用，在傳送機上選取照射的脈沖的下一可用光束可能引導至已識別工件的下游位置，按照要求操作掃描組件以引導脈沖至選定的目標區域，分析從等離子體收集的光譜數據，至少部分地基于光譜數據分析生成鑒別器信號，根據鑒別器信號選擇性地激活分離器以分揀已分析的工件。雖然明顯地有效，這個系統是設備及投資密集的，需要多個掃描組件以生成等離子體樣品，并且還需要用于繼續獲取以及處理傳送機的選定觀察區域的圖像的控制邏輯以及其它組件。

在Graft等人的美國專利6,753,957中，公開了一種用于礦物分揀及檢測的方法，該方法包括遙感，并且更具體地，用于移動帶上傳送的材料中的元素的礦物或微量濃度的實時檢測及內容評價。Graft等人的發明采用了激光誘導擊穿光譜（LIBS）系統，特定元素或礦物的發射譜線特征的強度比使得在移動帶上同樣能夠檢測。因為相關礦物具有不同的化學成分，即，特征譜線界定的主要或微量元素、相對強度使得所有階段能夠在與LIBS及移動帶系統一致的短時間內一貫地識別及評估。

發明內容