[發明專利]一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統及方法

在審

• 申請號: 201910422548.8
• 申請日: 2019-05-21
• 公開（公告）號: CN110220884A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 劉韜;朱斌;薛飛;杭玉樺;安英輝;王春輝;孔晨光;李平仁;陳海岳;吳堅;李興文
• 申請（專利權）人: 蘇州熱工研究院有限公司;嶺澳核電有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N21/01
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛

1.一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：包括激光輸出模塊（A）、水下光纖LIBS探頭（B）以及控制處理模塊（C）；所述水下光纖LIBS探頭（B）包括第一光組件（B1）和第二光組件（B2）；

所述第一光組件（B1）包括第一套筒（38）以及設于所述第一套筒中且將所述第一套筒（38）分隔為上部空腔和下部空腔的光學窗口（32），所述上部空腔依次設有位于同一光路的第一光纖轉接件（21）、第二平凸透鏡（36）、第三平凸透鏡（34）和二向色鏡（33），所述第一光纖轉接件（21）與所述激光輸出模塊（A）相連；所述下部空腔的下端面設有用以緊貼待測樣品（12）的排水口（30），所述下部空腔的兩側分別設有用以與外部氣源相連的氣嘴（28）；

所述第二光組件（B2）包括位于所述第一套筒（38）一側的第二套筒（23）且依次設于所述第二套筒（23）中且位于同一光路的第二光纖轉接件（22）、第四平凸透鏡（24）、第五平凸透鏡（26）和第二反射鏡（27），所述第二光纖轉接件（22）與所述控制處理模塊（C）中的光譜儀（17）相連，經過所述第一光組件（B1）的激光聚焦擊穿所述待測樣品（12）表面后產生的等離子體羽（13）的發光光束經過所述二向色鏡（33）反射后傳向所述第二反射鏡（27）。

2.根據權利要求1所述的一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：所述光學窗口（32）位于所述下部空腔的一端連接有磁空約束體（31），所述磁空約束體（31）具有環狀壁面以及由所述環狀壁面圍繞形成的正對所述光學窗口（32）的通道，所述磁空約束體（31）的壁面下部設有相對的兩磁極（29）。

3.根據權利要求1所述的一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：所述光學窗口（32）為一圓柱體形石英玻璃且其兩面均鍍有增透膜；所述第四平凸透鏡（24）和第五平凸透鏡（26）的表面均鍍有增透膜。

4.根據權利要求1所述的一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：所述第三平凸透鏡（34）的側面設有外螺紋，所述第三平凸透鏡（34）與所述第一套筒（38）的內壁螺紋配合，所述水下光纖LIBS探頭（B）還包括用以對所述第三平凸透鏡（34）進行軸向位置調整的微調控制器（B3），所述微調控制器（B3）包括與所述第三平凸透鏡（34）的外螺紋螺紋配合的微調螺桿（35）、用以限制所述微調螺桿（35）軸向移動的限位結構以及用以驅使所述微調螺桿（35）轉動的微型電機（37），所述微型電機（37）與所述控制處理模塊（C）電連接。

5.根據權利要求1所述的一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：所述激光輸出模塊（A）包括納秒激光器（1）、用以對所述納秒激光器（1）輸出的激光進行分光的第一分光鏡（2）和光電探測器（3）、用以對透過所述第一分光鏡（2）的激光進行分光的第二分光鏡（4）和激光能量計（8），以及與所述第二分光鏡（4）依次連接的第一反射鏡（5）和光纖耦合端（7），所述光電探測器（3）和所述激光能量計（8）分別與所述控制處理模塊（C）相連。

6.根據權利要求5所述的一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：所述納秒激光器（1）、所述第一分光鏡（2）、所述第二分光鏡（4）和所述第一反射鏡（5）均位于同一光路且其各自的中心位于同一直線；所述第一分光鏡（2）、所述第二分光鏡（4）和所述第一反射鏡 （5）均與所述納秒激光器（1）的輸出激光光軸呈45°夾角。

7.根據權利要求6所述的一種用于水下檢測的光纖LIBS探測系統，其特征在于：所述光纖耦合端（7）包括第一平凸透鏡（6）以及用以與高功率傳輸光纖（9）的一端相連的輸入端，所述高功率傳輸光纖（9）的另一端與所述第一光纖轉接件（21）相連，所述第一反射鏡（5）的中心和所述第一平凸透鏡（6）的中心位于同一光路，所述第一反射鏡（5）、所述第一平凸透鏡（6）、以及所述高功率傳輸光纖（9）的輸入端其各自的中心位于同一直線，所述第一平凸透鏡（6）與所述納秒激光器（1）的輸出激光光軸平行。