[發(fā)明專利]一種水下光譜檢測的裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010517659.X
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111912831B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘石磊;蔣莉莉;蘇和盛;隋明達;高一鳴;范延勝
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 賈景然

本發(fā)明涉及一種可實現(xiàn)水中元素種類及濃度原位、實時、高靈敏光譜檢測的裝置與方法。該裝置由封裝于密封艙（8）內(nèi)部的水下激光誘導擊穿光譜模塊和放置于密封艙（8）外部的微氣柱輔助模塊組成，其中激光誘導擊穿光譜模塊包括脈沖激光器（1）、聚焦和收集光路、光纖（7）、光譜儀（2）和控制電路板（3）等部件；微氣柱輔助模塊主要由蠕動泵、緩沖艙（9）和針頭等部件組成。該裝置工作時，通過微氣柱輔助模塊在水體中產(chǎn)生一個直徑微小、形狀穩(wěn)定的柱狀氣流，進而改變激光脈沖擊穿水體樣品時的樣品形態(tài)，達到增強LIBS光譜信號，實現(xiàn)水中元素原位高靈敏檢測的目的。因此，所涉及的方法與裝置，能夠通過一個體積小、能耗低、安裝與拆卸便捷的微氣柱輔助模塊改善光譜檢測的靈敏度，適用于相關(guān)水體環(huán)境檢測或科學調(diào)查等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種水下原位、實時元素成分光譜檢測分析技術(shù)，屬于光學儀器領(lǐng)域，有望在水體環(huán)境監(jiān)測、自然水體科學調(diào)查等領(lǐng)域應用。

背景技術(shù)

隨著人類對于水體環(huán)境污染重視程度的不斷提高，以及在海洋科學等相關(guān)領(lǐng)域研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)：發(fā)展水下原位、實時的水體中元素成分檢測分析的技術(shù)，對于水體環(huán)境保護和自然水體科學調(diào)查等領(lǐng)域有著非常重要的積極作用。激光誘導擊穿光譜技術(shù)(Laser?induced?breakdown?spectroscopy，LIBS)，是一種利用高能量激光脈沖擊穿樣品產(chǎn)生高溫等離子體，通過測量等離子體冷卻復合時目標元素的原子或離子的輻射光譜來進行元素成分檢測以及定量分析的技術(shù)。有望發(fā)展成為水體元素的原位、實時檢測分析技術(shù)。然而受到水體壓力環(huán)境和熱傳導率高等因素的影響，該技術(shù)的光譜信號強度和穩(wěn)定性較差。本發(fā)明提出了一種利用微氣柱輔助LIBS檢測的方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)水體元素光譜信號的改善，有望在相關(guān)領(lǐng)域得到推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用微氣柱輔助模塊在水下形成一小段微氣柱，通過激光脈沖同時擊穿水體和微氣柱，再利用激光誘導擊穿光譜模塊分析等離子體的輻射光譜。

本發(fā)明可以分為微氣柱輔助模塊以及激光誘導擊穿光譜模塊兩部分。其中微氣柱輔助模塊主要利用蠕動泵、針頭以及載氣等在水下制造出一小段穩(wěn)定的柱狀氣流；激光誘導擊穿光譜模塊主要包括密封艙(8)及艙內(nèi)的脈沖激光器(1)、聚焦與收集光路、光纖(7)、光譜儀(2)、控制電路板(3)以及岸基計算機(16)等，用來同時擊穿微氣柱和水體產(chǎn)生等離子體，并對擊穿產(chǎn)生的輻射光譜進行采集、傳輸與分析。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖圖1對本發(fā)明做進一步說明。

附圖圖1為微氣柱輔助激光誘導擊穿光譜檢測裝置示意圖(氣柱輔助水下光譜檢測裝置示意圖)，附圖圖1中標號所示：

1、脈沖激光器，2、光譜儀，3、控制電路板，4、聚焦透鏡組，5、二向色鏡，6、收集透鏡組，7、光纖，8、密封艙，9、緩沖艙，10、進氣蠕動泵，11、噴射針頭，12、導流蠕動泵，13、導流針頭，14、導管，15、密封艙窗口，16、岸基計算機。

具體實施方式

本發(fā)明按照如下方式進行實施。

將脈沖激光器(1)、光譜儀(2)、控制電路板(3)、聚焦透鏡組(4)、二向色鏡(5)、收集透鏡組(6)、光纖(7)、放置于密封艙(8)中，構(gòu)成水下激光誘導擊穿光譜模塊；由緩沖艙(9)、進氣蠕動泵(10)、噴射針頭(11)、導流蠕動泵(12)、導流針頭(13)和導管(14)組成微氣柱輔助模塊固定于密封艙(8)相應位置。