一种基于CCD传感器的元素检测系统和检测方法技术方案

本发明专利技术特别涉及一种基于CCD传感器的元素检测系统和检测方法。方法包括如下步骤：对待测样品进行激发，以使待测样品的各个原子或离子发射对应的特征光；汇聚所有的特征光，形成复合光；将复合光色散为多个按波长顺序排列的单色光，并输出一定波长范围的单色光；采集所述一定波长范围的单色光，并将单色光转换为电信号；采用预先设定的函数对电信号进行处理，生成待测样品对应的电子图谱；显示电子图谱，并根据电子图谱中谱线的波长和强度分析出待测样品的元素种类和元素含量。本发明专利技术通过CCD传感器减少了人工识谱的过程，提高了工作效率；同时，通过设置角度调节单元，扩大了可以分析的元素数量，提高了本发明专利技术的适用范围。

Element detection system and detection method based on CCD sensor

The invention particularly relates to an element detection system and a detection method based on an CCD sensor. The method comprises the following steps: sample excitation light to treat each atom or ion emission corresponding to the characteristics of the sample to be together; all of the features of light, forming a composite light; the composite light dispersion for multiple wavelength according to the order of the monochromatic light, and the output of a range of wavelengths of monochromatic light; the acquisition a range of wavelengths of monochromatic light, and the monochromatic light is converted into electric signal; the function of preset process of electrical signals, the electronic map to generate the sample corresponding to the display of electronic map; and according to the spectrum analysis of electronic wave length and intensity of a sample element type and element content. The CCD sensor reduces manual spectrum recognition process, improve work efficiency; at the same time, by setting the angle regulating unit, expanded the number of elements can be analyzed, the scope of the present invention is increased.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CCD传感器的元素检测系统和检测方法
本专利技术涉及一种元素检测系统及方法，尤其涉及一种基于CCD传感器的元素检测系统及其检测方法。
技术介绍
发射光谱法是利用交流电电弧产生高温，激发粉末固体样品发出特征光谱，光谱通过第一透镜与第二透镜的聚光、滤去杂散光之后，通过狭缝控制进光量后照射到平面反射镜上，之后反射到凹面镜上，再通过分光光栅将样品产生的光谱谱带分散成不同元素的相应特征谱线。传统方法一般是通过感光相板将元素的特征谱线记录下来，得到一定波长范围内的所有特征谱线，通过以铁元素的特征谱线为标尺制作成一米色散或者两米色散的放大二十倍的铁谱谱图，以便于将各元素的特征谱线波长数值标注图谱上，从而可以方便、快捷从感光相板上查找到各元素的特征谱线，通过直观观察谱图，从而可以实现快速定性分析，并且可以通过观察谱线的强弱与旁边谱线对其的干扰情况可以实现半定量、定量分析(简称相板法)。原来样品中分析银硼锡，通常使用双电极，一个样装双个碳棒重复摄谱两次，重复曝光的优点是增加了相板的感光度，以提高分析的灵敏度，但缺点是增加了背景的影响，加重影响了工作曲线的下弯部分，并且速度慢，一个样摄谱要一分钟以上。相板法测量工作曲线，由于相板乳剂S形乳剂特性曲线的影响，工作曲线往往是弯曲的。理论上工厂生产的每批相板的乳剂特性曲线是不同的，即便是用乳剂特性曲线进行校正后，工作曲线下方大多数还是是弯曲的。由于地质样品比较复杂，基体的影响较大，通常除作工作曲线外，每块相板需要10个左右不同含量的监控标样，根据监控标样的标准值局部或整体修正工作曲线，以得出符合定值要求的监控标样值。此种方法被分析人员应用了几十年，给分析人员带来了许多方便之处，但是应用铁谱谱图进行谱线查找，操作上比较繁琐，特别是对于从事发射光谱分析经验不足的分析人员，常常需要十几张谱图分别对应着谱线查找，需要花费的时间较长。如今用光电转换器接受光谱信号的直读发射光谱是此方法的发展趋势，运用电子图谱可以适时的查找所需要的元素谱线，简便快捷。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于CCD传感器的元素检测系统及其检测方法，解决了以上所述的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：依据本专利技术的一个方面，提供了一种基于CCD传感器的元素检测系统，包括依次设置的激发装置、聚光装置、色散装置、采集装置、成像装置和识图装置，所述激发装置用于采用预设的激发条件对待测样品进行激发，以使待测样品的各个原子或离子发射对应的特征光；所述聚光装置用于汇聚所有的特征光，形成复合光；所述色散装置包括分光单元与分光单元连接的角度调节单元，所述分光单元用于将所述复合光色散为多个按波长顺序排列的单色光；所述角度调节单元用于调节分光单元的角度，以使分光单元输出一定波长范围的单色光；所述采集装置包括多个CCD传感器，所述CCD传感器用于采集所述一定波长范围的单色光，并将所述单色光转换为电信号后发送给成像装置；所述成像装置用于采用预先设定的函数对所述电信号进行处理，生成待测样品对应的电子图谱；所述识图装置用于显示所述电子图谱，并根据电子图谱中谱线的波长和强度分析出待测样品的元素种类和元素含量。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于CCD传感器的元素检测系统用CCD光电传感器代替传统的感光板，可以将色散后的光谱转换为数字信号，这些数字信号经成像装置转换为电子图谱后，通过识图装置可以直观、准确对电子图谱进行分析，减少了人工识谱的过程，大大提高了工作效率。同时，通过设置与分光单元连接的角度调节单元，可以对分光单元的转角进行调节，增加了谱线的测量范围，对待分析元素的谱线选择更加灵活。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述激发装置包括上石墨电极、下石墨电极和用于为上石墨电极和下石墨电极通电的电源；所述上石墨电极靠近下石墨电极的一端设有用于放置所述待测样品的凹槽；或者所述下石墨电极靠近上石墨电极的一端设有用于放置所述待测样品的凹槽。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，激发装置采用了石墨电极，根据待测样品的不同，可以对石墨电极的形状等各个参数进行选择，同时石墨电极的激发能较大，在远紫外区波长短，不会干扰试验过程中金属元素的测定，因此非常适合使用在待测样品为土壤时，对土壤中的Ga、Cr、Mn和稀土元素进行检测。进一步，所述激发装置用于采用交流电弧进行激发，所述交流电弧起弧时的工作电流为4～7A，预燃3秒后升至10～14A，曝光积分时间20～30秒。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，激发装置采用交流电弧的方式，由于电火花激发装置只能激发导体样品，主要是金属样品，其稳定性受电极种类，形状，上下两电极间距的影响较大，而交流电弧激发，不仅可以激发导体，还可以激发非导体，尤其是土壤样品，而且较电火花更加稳定。进一步，所述分光单元包括第一凹面镜、第二凹面镜和用于色散的全息高密度光栅，所述第一凹面镜和所述全息高密度光栅的距离为1～1.5米；所述第一凹面镜用于改变所述复合光的光路，使所述复合光反射到所述全息高密度光栅，所述第二凹面镜用于调整经所述全息高密度光栅色散的单色光光路，使所述单色光反射到所述采集装置；所述全息高密度光栅连接所述角度调节单元，所述角度调节单元用于调节所述全息高密度光栅与所述第一凹面镜法线的夹角，以使所述全息高密度光栅输出一定波长范围的单色光。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，分光单元使用了全息高密度光栅，较传统普通光栅而言，全息高密度光栅刻线更密，相同大小的光栅上的狭缝更多，由于光栅产生的条纹的特点是明条纹很亮很窄，相邻明纹间的暗区很宽，衍射图样十分清晰，因而利用光栅衍射可以精确地测定波长，而且狭缝数越多明条纹越亮、越细，光栅分辨率就越高，因此本进一步技术方案中使用了全息高密度光栅可以太高本专利技术元素检测系统的检测灵敏度。同时在对复合光进行色散之前使用一个或多个凹面镜将其反射至全息高密度光栅，这样可以增加入射光被色散钱的光程，从而使复合光色散效果更好；在所述复合光被色散为单色光后，使用一个或多个凹面镜将其反射至CCD传感器，这样可以增加入射光被色散后的光程，从而使色散后的光线分散得更开，使CCD传感器读取时更清晰，也便于工作人员后期识图。而将第一凹面镜和所述全息高密度光栅的距离设置为1～1.5米，与传统仪器相比，本专利技术的检测系统较以前色散增加为1倍，为两米色散水平，而焦距为1米光程的，系统信倍比增加一倍，而且可以防止复合光的强度衰减，从而提高检测结果的准确性。进一步，所述角度调节单元包括旋转齿轮,所述旋转齿轮连接所述全息高密度光栅，所述旋转齿轮用于带动所述全息高密度光栅转动。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，通过旋转齿轮带动所述全息高密度光栅转动，结构简单，可以对分光单元的转角进行调节，增加了谱线的测量范围，对待分析元素的谱线选择更加灵活。进一步，所述CCD传感器包括多个用于采集单色光的光信号并将所述光信号转换为电信号的光电二极管。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，采用光电二极管作为CCD传感器，光电转换速度快且成本较低。进一步，所述识图装置包括分析模块和显示模块，所述分析模块用于对所述电子图谱进行定性分析和/或定量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CCD传感器的元素检测系统，其特征在于，包括依次设置的激发装置、聚光装置、色散装置、采集装置、成像装置和识图装置，所述激发装置用于采用预设的激发条件对待测样品进行激发，以使待测样品的各个原子或离子发射对应的特征光；所述聚光装置用于汇聚所有的特征光，形成复合光；所述色散装置包括分光单元与分光单元连接的角度调节单元，所述分光单元用于将所述复合光色散为多个按波长顺序排列的单色光；所述角度调节单元用于调节分光单元的角度，以使分光单元输出一定波长范围的单色光；所述采集装置包括多个CCD传感器，所述CCD传感器用于采集所述一定波长范围的单色光，并将所述单色光转换为电信号后发送给成像装置；所述成像装置用于采用预先设定的函数对所述电信号进行处理，生成待测样品对应的电子图谱；所述识图装置用于显示所述电子图谱，并根据电子图谱中谱线的波长和强度分析出待测样品的元素种类和元素含量。

【技术特征摘要】
1.一种基于CCD传感器的元素检测系统，其特征在于，包括依次设置的激发装置、聚光装置、色散装置、采集装置、成像装置和识图装置，所述激发装置用于采用预设的激发条件对待测样品进行激发，以使待测样品的各个原子或离子发射对应的特征光；所述聚光装置用于汇聚所有的特征光，形成复合光；所述色散装置包括分光单元与分光单元连接的角度调节单元，所述分光单元用于将所述复合光色散为多个按波长顺序排列的单色光；所述角度调节单元用于调节分光单元的角度，以使分光单元输出一定波长范围的单色光；所述采集装置包括多个CCD传感器，所述CCD传感器用于采集所述一定波长范围的单色光，并将所述单色光转换为电信号后发送给成像装置；所述成像装置用于采用预先设定的函数对所述电信号进行处理，生成待测样品对应的电子图谱；所述识图装置用于显示所述电子图谱，并根据电子图谱中谱线的波长和强度分析出待测样品的元素种类和元素含量。2.根据权利要求1所述一种基于CCD传感器的元素检测系统，其特征在于，所述激发装置包括上石墨电极、下石墨电极和用于为上石墨电极和下石墨电极通电的电源；所述上石墨电极靠近下石墨电极的一端设有用于放置所述待测样品的凹槽；或者所述下石墨电极靠近上石墨电极的一端设有用于放置所述待测样品的凹槽。3.根据权利要求1或2所述的一种基于CCD传感器的元素检测系统，其特征在于，所述分光单元包括第一凹面镜、第二凹面镜和用于色散的全息高密度光栅，所述第一凹面镜和所述全息高密度光栅的距离为1～1.5米；所述第一凹面镜用于改变所述复合光的光路，使所述复合光反射到所述全息高密度光栅，所述第二凹面镜用于调整经所述全息高密度光栅色散的单色光光路，使所述单色光反射到所述采集装置；所述全息高密度光栅连接所述角度调节单元，所述角度调节单元用于调节所述全息高密度光栅与所述第一凹面镜法线的夹角，以使所述全息高密度光栅输出一定波长范围的单色光。4.根据权利要求3所述的一种基于CCD传感器的元素检测系统，其特征在于，所述角度调节单元包括旋转齿轮,所述旋转齿轮连接所述全息高密度光栅，所述旋转齿轮用于带动所述全息高密度光栅转动。5.根据权利要求4所述的一种基于CCD传感器的元素检测系统，其特征在于，所述识图装置包括分析模块和显示模块，所述分析模块用于对所述电子图谱进行定性分析和/或定量分析，根据电子图谱中谱线的波长和强度分析出待测样品的元素种类和元素含量；所述显示模块用于显示电子图谱、待测样品的元素种类和元素含量，所述电子图谱为待测样品包含的单一元素的元素谱线或者为对待测样品包含的多种元素分别对应的元素谱线；以及用于根据用户指令将所述电子图谱对应的相板谱线和所述电子图谱进行对比显示和/或根据用户指令将预先存储的标准铁谱谱线图和所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹤龄，董学林，李光一，郁汉利，何海洋，
申请(专利权)人：湖北省地质实验测试中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42