[發明專利]一種激光誘導擊穿光譜檢測系統

有效

• 申請號: 201711307192.0
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108195823B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 趙天卓;樊仲維;連富強;劉洋;林蔚然;貊澤強;王璞;肖紅;聶樹真;李欣;鐘奇秀
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種激光誘導擊穿光譜檢測系統，包括激光誘導光源、分光單元、激光參數監測單元、光譜參數監測單元、數據篩選單元和分析單元；其中，數據篩選單元分別與分光單元、激光參數監測單元、光譜參數監測單元和分析單元連接；激光誘導光源輸出激光以激發待檢測材料產生等離子體光；分光單元對等離子體光進行分光并輸出光譜數據；激光參數監測單元監測激光的激光參數；光譜參數監測單元監測等離子體光和/或光譜數據的光譜參數；數據篩選單元根據激光參數和光譜參數對光譜數據進行篩選和/或修正并輸出有效光譜數據；分析單元根據有效光譜數據獲取待檢測材料的成分。本發明提供的系統，降低了干擾，提高了光譜數據穩定性和成分分析精度。

技術領域

本發明涉及激光誘導擊穿光譜技術領域，尤其涉及一種激光誘導擊穿光譜檢測系統。

背景技術

激光誘導擊穿光譜技術(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是基于激光和材料相互作用產生的發射光譜的一種元素成分分析技術。激光誘導擊穿光譜技術通常由激光誘導光源產生激光，在待測樣品上燒蝕產生等離子體，通過光譜儀(或分光光度計等)進行等離子的光信號采集，然后選擇待分析元素特定波長的光譜信號進行處理，得到樣品成分的定性定量信息。該技術在測量過程中，對樣品的破壞性小，樣品消耗量極低，屬于非破壞測量，并且無需對樣品進行預處理即可實現對任何物理狀態物質的元素分析，具有適用范圍廣、分析速度快、測量破壞性小、可遠程非接觸測量以及可實現實時檢測等優點。

目前，基于激光誘導擊穿光譜技術的研究，主要集中于對不同應用領域的檢測、不同的檢測方法及對光譜數據的處理方法上。

針對不同領域的應用，研究人員先后提出了基于激光誘導擊穿光譜的水稻品種鑒別、鋼水成分的在線檢測、水體金屬污染物的探測、痕量元素分析和煤質分析等技術方案。而針對不同的激光誘導技術、光譜探測方法，有部分激光誘導檢測技術實現了信號的增強和改進。例如一種基于二維能量相關的激光誘導擊穿光譜的分析系統及方法，能夠更為清晰地解析光譜特征，提高常規激光誘導擊穿光譜方法的檢測能力和重復性。又例如采用特殊的測量容器，讓待測液體勻速通過該測量容器，然后將高能量脈沖激光聚焦到容器中流動的待測樣品表面，誘導等離子體光譜，同時容器內液體表面采用鼓風機加大空氣流通，以便清除測量中產生的懸浮物或者塵埃，提高測量精度。此外在不同的激光誘導光學結構及數據處理算法研究領域，人們先后提出采用雙向分光的二向色光學器件實現對特定波長光透射和反射、選用有孔鏡片來實現同軸收發。

上述各個方向的研究均對激光誘導擊穿光譜技術的發展產生了巨大的推動作用。然而，在現有的激光誘導擊穿光譜檢測系統中，存在著由于關鍵部件輸出的不確定性，導致測量結果不確定的問題。例如激光誘導光源輸出的能量通常具有3～10％的峰峰值抖動，這種不穩定性會導致等離子體的波動；光譜儀自身的噪聲波動、外界干擾、波長漂移導致得到的光譜信號發生波動。上述不確定因素嚴重制約了激光誘導擊穿光譜檢測的精度。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的部件輸出的不確定性導致的測量結果不確定的問題，提供了一種激光誘導擊穿光譜檢測系統。

一方面，本發明提出一種激光誘導擊穿光譜檢測系統，包括激光誘導光源、分光單元、激光參數監測單元、光譜參數監測單元、數據篩選單元和分析單元；其中，所述數據篩選單元分別與所述分光單元、激光參數監測單元、光譜參數監測單元和分析單元連接；所述激光誘導光源用于向待檢測材料輸出激光以激發所述待檢測材料產生等離子體光；所述分光單元用于對所述等離子體光進行分光，并輸出光譜數據；所述激光參數監測單元用于監測所述激光誘導光源輸出激光的激光參數；所述光譜參數監測單元用于監測所述分光單元輸入側等離子體光和/或輸出側光譜數據的光譜參數；所述數據篩選單元根據所述激光參數和光譜參數對所述光譜數據進行篩選和/或修正，并輸出有效光譜數據；所述分析單元根據所述有效光譜數據獲取所述待檢測材料的成分。