[發(fā)明專利]基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810015679.X
• 申請(qǐng)日: 2018-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN108152268A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田兆碩;崔子浩;畢宗杰;張延超;王玲;楊君國(guó);付石友;呂志偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 威海怡和專用設(shè)備制造有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/71
• 分類號(hào): G01N21/71
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 于濤

本發(fā)明提出一種基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)，包括激光器，激光器輸出的激光脈沖經(jīng)分束片分成兩束，一束經(jīng)介質(zhì)膜反射鏡反射到反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后聚焦到被測(cè)目標(biāo)；回波信號(hào)由反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)搜集后經(jīng)介質(zhì)膜反射鏡透射，由聚焦透鏡會(huì)聚至光纖，光纖出射的光入射到分光系統(tǒng)以將不同波長(zhǎng)光信號(hào)在空間上相對(duì)分離，由柱面透鏡將上述光譜信號(hào)聚焦至條紋管；經(jīng)分束片后的另一光束通過光觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)觸發(fā)條紋管，條紋管將輸入光的時(shí)間軸轉(zhuǎn)換成空間軸成像在其熒光屏上形成具有時(shí)間分辨的光譜信號(hào)；利用ICCD將上述光譜信號(hào)進(jìn)行微光放大，ICCD與計(jì)算機(jī)相連。上述系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量被測(cè)目標(biāo)時(shí)間分辨激光誘導(dǎo)擊穿光譜，有時(shí)間分辨率高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser Induced Breakdown Spectroscopy， LIBS) 是一種激光燒蝕光譜分析技術(shù)，該技術(shù)基于原子光譜和離子光譜的波長(zhǎng)與特定的元素一一對(duì)應(yīng)，而且光譜信號(hào)強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)元素的含量具有一定的量化關(guān)系。當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿閾值時(shí)，即可產(chǎn)生等離子體，利用光學(xué)系統(tǒng)采集等離子體中原子和離子的發(fā)射光譜，分析譜圖中元素對(duì)應(yīng)的特征峰強(qiáng)度即可以用于樣品的定性以及定量分析， 具有快速、實(shí)時(shí)、無需樣品準(zhǔn)備、損耗小、可多元素同時(shí)在線檢測(cè)等特點(diǎn)，近些年來受到了越來越多的關(guān)注。與其他常用元素分析的方法相比，可同時(shí)進(jìn)行多種金屬和非金屬元素同時(shí)快速檢測(cè)。基于LIBS的這些優(yōu)點(diǎn)，它在多個(gè)領(lǐng)域都有所發(fā)展，例如材料成分分析、環(huán)境污染、海洋探測(cè)、考古學(xué)、醫(yī)藥食品、工業(yè)在線監(jiān)測(cè)等。

目前LIBS基本采用光電倍增管或ICCD獲取光譜，可通過控制選通快門的時(shí)間獲得時(shí)間分辨光譜，但是這樣的方式具有時(shí)間分辨率低、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量被測(cè)目標(biāo)時(shí)間分辨激光誘導(dǎo)擊穿光譜，其具有時(shí)間分辨率高、測(cè)量速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)，包括激光器，所述激光器輸出的激光脈沖經(jīng)分束片分成兩束，其中一束經(jīng)介質(zhì)膜反射鏡反射到反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后聚焦到被測(cè)目標(biāo)；回波信號(hào)由所述反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)搜集后經(jīng)所述介質(zhì)膜反射鏡透射，再由聚焦透鏡會(huì)聚耦合至光纖，所述光纖出射的光入射到分光系統(tǒng)的入射狹縫，由分光系統(tǒng)將不同波長(zhǎng)光信號(hào)在空間上相對(duì)分離，由柱面透鏡將光譜信號(hào)聚焦至條紋管的單狹縫上；所述激光器輸出的激光脈沖經(jīng)分束片后所形成的另一束光束通過光觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以觸發(fā)所述條紋管，所述條紋管將輸入光的時(shí)間軸轉(zhuǎn)換成空間軸成像在條紋管熒光屏上，形成具有時(shí)間分辨的光譜信號(hào)；利用ICCD將條紋管熒光屏上的光譜信號(hào)進(jìn)行微光放大，所述ICCD與計(jì)算機(jī)相連接，通過所述計(jì)算機(jī)記錄存儲(chǔ)光譜數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的是，所述激光器采用脈沖高能量激光器。

優(yōu)選的是，所述反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的焦距可調(diào)。

優(yōu)選的是，所述分光系統(tǒng)采用棱鏡或光柵分光系統(tǒng)。

優(yōu)選的是，所述光觸發(fā)器延時(shí)可調(diào)。

本發(fā)明的該方案的有益效果在于上述基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)采用條紋管探測(cè)器加ICCD成像方式，具體是高能激光擊穿被測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生等離子譜，條紋管光陰極接收等離子體光譜信號(hào)，通過不同時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的光電子受到不同偏轉(zhuǎn)電壓的作用，將光電子沿垂直于狹縫的方向展開實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨，并且顯示在一幀圖片上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)光譜和瞬態(tài)時(shí)間譜同時(shí)測(cè)量，一次得到含有連續(xù)時(shí)間信息的三維熒光譜。繪制三維熒光譜等高線圖即光譜指紋，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)及種類鑒別。僅單激光脈沖發(fā)射即可獲得完整的目標(biāo)波長(zhǎng)和時(shí)間分辨光譜信息，從而快速識(shí)別被測(cè)目標(biāo)種類及其含量。本發(fā)明所涉及的基于條紋管的LIBS光譜探測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量被測(cè)目標(biāo)時(shí)間分辨激光誘導(dǎo)擊穿光譜，其具有時(shí)間分辨率高、測(cè)量速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明