[發明專利]一種智能在線優化的激光誘導擊穿光譜系統

在審

• 申請號: 202211386881.6
• 申請日: 2022-11-07
• 公開（公告）號: CN115684135A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 余浩洋;黃倩;蔣朝輝;謝永芳;潘冬;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G06N3/126
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 陳云楓

1.一種智能在線優化的激光誘導擊穿光譜系統，其特征在于，所述智能在線優化的激光誘導擊穿光譜系統包括依次連接的操作參數數據單元、等離子體信號激發單元、光譜信號接收單元、光譜信號質量評估單元以及操作參數調節單元，其中：

所述操作參數數據單元，用于接收操作參數調節單元輸出的操作參數數據，并將操作參數數據發送給等離子體信號激發單元與光譜信號接收單元，其中所述操作參數包括延遲時間、積分時間和激光能量；

所述等離子體信號激發單元，用于根據操作參數數據發射激光，并通過聚焦光路到達待測樣品表面；

所述光譜信號接收單元，用于根據操作參數數據接收待測樣品表面電離產生的光譜信號；

所述光譜信號質量評估單元，用于根據所述光譜信號計算信噪比；

所述操作參數調節單元，用于接收信噪比，并通過尋優算法獲取最大信噪比對應的操作參數，并將所述操作參數發送給操作參數數據單元。

2.根據權利要求1所述的智能在線優化的激光誘導擊穿光譜系統，其特征在于，所述等離子體信號激發單元包括激光發射器、激光反射鏡和第一聚焦透鏡，其中：

所述激光器，用于根據接收的操作參數發射高功率脈沖激光；

所述激光反射鏡，用于對所述高功率脈沖激光進行反射；

所述聚焦透鏡，用于將所述激光反射鏡反射的反射光垂直聚焦到待測樣品表面。

3.根據權利要求2所述的智能在線優化的激光誘導擊穿光譜系統，其特征在于，所述光譜信號接收單元包括光信號探測器、光譜儀和第二聚焦透鏡，其中：

所述光信號探測器，用于以45°方向側向收集待測樣品表面發生電離后經第二聚焦透鏡聚焦的光譜信號；

所述光譜儀，用于對所述光譜信號進行分光，并將分光后的光譜信號發送給光譜信號質量評估單元。

4.根據權利要求1或3所述的智能在線優化的激光誘導擊穿光譜系統，其特征在于，所述光譜信號質量評估單元包括ADC模塊和信噪比計算模塊，其中：

所述ADC模塊，用于對所述光譜信號進行模數轉換；

所述信噪比計算模塊包括依次連接的底噪信號獲取模塊、特征譜線強度計算模塊、特征譜線寬度計算模塊、噪聲均方根值計算模塊和信噪比計算模塊，其中：

所述底噪信號獲取模塊，用于在未獲取光譜信號前，采集由暗電流和散射光產生的底噪信號；

所述特征譜線強度計算模塊，用于根據模數轉換后的光譜信號計算特征譜線強度，且具體計算公式為：

其中，I為待測元素特征譜線的積分強度值，a和b分別為所述特征譜線中心波長相鄰的兩個波谷位置的波長點，Y′_j為去除底噪后的信號強度，且Y′_j＝Y_j-ε，ε為底噪信號，Y_j為波長j處光譜強度值；

所述特征譜線寬度計算模塊，用于計算特征譜線寬度，且具體計算公式為：

w＝λ_N-λ₁，

其中，w為待測元素特征譜線寬度即當前待測元素特征譜線從第1個波長點到第N個波長點橫跨的波長范圍，λ₁和λ_N分別為待測元素特征譜線的第1個波長點和第N個波長點的波長值；

所述噪聲均方根值計算模塊，用于計算噪聲均方根值，且具體計算公式為：

其中，σ為待測元素特征譜線總噪聲，rms(σ)為待測元素特征譜線的噪聲均方根值，σ_i為第i個波長位置信號強度，i∈[1,a]∪[b,N]；

所述信噪比計算模塊，用于計算信噪比，且具體計算公式為：