[發明專利]一種瞬穩態激光誘導擊穿光譜檢測系統

有效

• 申請號: 202010225376.8
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111289497B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 趙天卓;肖紅;樊仲維;聶樹真;李欣;鐘奇秀;趙晟海;黃文迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發明公開了一種瞬穩態激光誘導擊穿光譜檢測系統，包括激光光源模塊、激光聚焦模塊、等離子體輻射收集模塊、等離子體分光及探測模塊、控制電路及數據處理模塊，其中：激光光源模塊產生脈沖寬度微秒至秒級的激光束，激光聚焦模塊將激光光源模塊發射的誘導激勵的激光束匯聚到被測樣品的表面；被測樣品產生寬光譜范圍誘導等離子體散射光信號，等離子體輻射收集模塊采集該光信號后，將該光信號匯聚到等離子體分光及探測模塊中；等離子體分光及探測模塊對匯聚來的光信號進行光譜分光，并探測獲得不同波長的光譜強度數據。上述系統能在瞬間實現等離子體信號的穩定發射并同時實施光譜信號采集，從而獲取穩定的等離子體信號。

技術領域

本發明涉及光電檢測技術領域，尤其涉及一種瞬穩態激光誘導擊穿光譜檢測系統。

背景技術

目前，激光誘導擊穿光譜(Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy，LIBS)檢測技術通過激光燒蝕待分析物質形成等離子體，其中處于激發態的原子、離子或分子向低能級或基態躍遷時，向外發射特定能量的光子，形成特征光譜，進而獲得待分析物質的化學成分或其它特性。LIBS技術是基于激光和材料相互作用產生的發射光譜的一種定量分析技術，該方法在測量過程中只需幾微克，相當于無損檢測，并且無需樣品預處理即可實現對任何物理狀態物質的元素分析。LIBS技術可根據激光誘導等離子體光譜中是否包含某元素的特征譜線，來判斷待分析物質中是否含有該元素的定性分析；也可根據待分析物質中包含元素的譜線強度等譜線信息與待分析元素的含量或物質特性的對應關系，來實現該元素的含量或物質特性的定量分析。

基于LIBS技術的元素分析的方案已經較多，但是主要是對不同應用領域的檢測的應用方案及方法，與電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)和光電直讀光譜等物質成分分析方法相比，現有LIBS檢測系統激發的等離子體不穩定，檢測精密度與準確度較差，針對多元素成分進行測量時，影響因素眾多，不同元素的檢測精度差距也很大。

發明內容

本發明的目的是提供一種瞬穩態激光誘導擊穿光譜檢測系統，該系統能在瞬間實現等離子體信號的穩定發射并同時實施光譜信號采集，從而獲取穩定的等離子體信號，并由此針對更低含量的元素成分實現定性識別，有效提高檢測精度，對不同元素同時實現高精度檢測。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種瞬穩態激光誘導擊穿光譜檢測系統，所述系統包括激光光源模塊、激光聚焦模塊、等離子體輻射收集模塊、等離子體分光及探測模塊、控制電路及數據處理模塊，其中：

所述激光光源模塊產生脈沖寬度微秒至秒級的激光束，所述激光聚焦模塊將所述激光光源模塊發射的誘導激勵的激光束匯聚到被測樣品的表面；

所述被測樣品產生寬光譜范圍誘導等離子體散射光信號，所述等離子體輻射收集模塊采集該光信號后，將該光信號匯聚到所述等離子體分光及探測模塊中；

所述等離子體分光及探測模塊對匯聚來的光信號進行光譜分光，并探測獲得不同波長的光譜強度數據；

所述控制電路及數據處理模塊分別與所述激光光源模塊和等離子體分光及探測模塊電連接，用于對所述激光光源模塊和等離子體分光及探測模塊進行時序控制，具體在燒蝕期間控制所述激光光源模塊發出激光束的時間分布，形成瞬間穩定的等離子體發射；并同時控制所述等離子體分光及探測模塊進行等離子體信號的探測，以實現基于光譜信號的元素成分定性定量分析。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，上述系統能在瞬間實現等離子體信號的穩定發射并同時實施光譜信號采集，從而獲取穩定的等離子體信號，并由此針對更低含量的元素成分實現定性識別，有效提高檢測精度，對不同元素同時實現高精度檢測，具有重要應用價值。

附圖說明