一种激光诱导击穿光谱检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种激光诱导击穿光谱检测系统，包括激光诱导光源、分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元、数据筛选单元和分析单元；其中，数据筛选单元分别与分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元和分析单元连接；激光诱导光源输出激光以激发待检测材料产生等离子体光；分光单元对等离子体光进行分光并输出光谱数据；激光参数监测单元监测激光的激光参数；光谱参数监测单元监测等离子体光和/或光谱数据的光谱参数；数据筛选单元根据激光参数和光谱参数对光谱数据进行筛选和/或修正并输出有效光谱数据；分析单元根据有效光谱数据获取待检测材料的成分。本发明专利技术提供的系统，降低了干扰，提高了光谱数据稳定性和成分分析精度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光诱导击穿光谱检测系统
本专利技术涉及激光诱导击穿光谱
，尤其涉及一种激光诱导击穿光谱检测系统。
技术介绍
激光诱导击穿光谱技术(LaserInducedBreakdownSpectroscopy，LIBS)是基于激光和材料相互作用产生的发射光谱的一种元素成分分析技术。激光诱导击穿光谱技术通常由激光诱导光源产生激光，在待测样品上烧蚀产生等离子体，通过光谱仪(或分光光度计等)进行等离子的光信号采集，然后选择待分析元素特定波长的光谱信号进行处理，得到样品成分的定性定量信息。该技术在测量过程中，对样品的破坏性小，样品消耗量极低，属于非破坏测量，并且无需对样品进行预处理即可实现对任何物理状态物质的元素分析，具有适用范围广、分析速度快、测量破坏性小、可远程非接触测量以及可实现实时检测等优点。目前，基于激光诱导击穿光谱技术的研究，主要集中于对不同应用领域的检测、不同的检测方法及对光谱数据的处理方法上。针对不同领域的应用，研究人员先后提出了基于激光诱导击穿光谱的水稻品种鉴别、钢水成分的在线检测、水体金属污染物的探测、痕量元素分析和煤质分析等技术方案。而针对不同的激光诱导技术、光谱探测方法，有部分激光诱导检测技术实现了信号的增强和改进。例如一种基于二维能量相关的激光诱导击穿光谱的分析系统及方法，能够更为清晰地解析光谱特征，提高常规激光诱导击穿光谱方法的检测能力和重复性。又例如采用特殊的测量容器，让待测液体匀速通过该测量容器，然后将高能量脉冲激光聚焦到容器中流动的待测样品表面，诱导等离子体光谱，同时容器内液体表面采用鼓风机加大空气流通，以便清除测量中产生的悬浮物或者尘埃，提高测量精度。此外在不同的激光诱导光学结构及数据处理算法研究领域，人们先后提出采用双向分光的二向色光学器件实现对特定波长光透射和反射、选用有孔镜片来实现同轴收发。上述各个方向的研究均对激光诱导击穿光谱技术的发展产生了巨大的推动作用。然而，在现有的激光诱导击穿光谱检测系统中，存在着由于关键部件输出的不确定性，导致测量结果不确定的问题。例如激光诱导光源输出的能量通常具有3～10％的峰峰值抖动，这种不稳定性会导致等离子体的波动；光谱仪自身的噪声波动、外界干扰、波长漂移导致得到的光谱信号发生波动。上述不确定因素严重制约了激光诱导击穿光谱检测的精度。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中存在的部件输出的不确定性导致的测量结果不确定的问题，提供了一种激光诱导击穿光谱检测系统。一方面，本专利技术提出一种激光诱导击穿光谱检测系统，包括激光诱导光源、分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元、数据筛选单元和分析单元；其中，所述数据筛选单元分别与所述分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元和分析单元连接；所述激光诱导光源用于向待检测材料输出激光以激发所述待检测材料产生等离子体光；所述分光单元用于对所述等离子体光进行分光，并输出光谱数据；所述激光参数监测单元用于监测所述激光诱导光源输出激光的激光参数；所述光谱参数监测单元用于监测所述分光单元输入侧等离子体光和/或输出侧光谱数据的光谱参数；所述数据筛选单元根据所述激光参数和光谱参数对所述光谱数据进行筛选和/或修正，并输出有效光谱数据；所述分析单元根据所述有效光谱数据获取所述待检测材料的成分。优选地，所述激光参数包括能量参数、时域参数、空间参数和偏振参数中的至少一种；所述光谱参数包括所述分光单元输入侧的等离子体光的能量强度、漂移情况以及所述分光单元输出侧的光谱数据的能量强度、信噪比和信倍比中的至少一种。优选地，所述数据筛选单元基于筛选规则，根据所述激光参数和光谱参数对所述光谱数据进行筛选，所述筛选规则通过预先设定或人工智能算法获取。优选地，当所述激光参数中能量参数为多个激光脉冲输出能量，所述筛选规则为预设数量的脉冲能量均值波动范围时，所述数据筛选单元根据所述一个或多个脉冲输出能量计算预设数量个所述脉冲输出能量均值的实际波动值；若所述实际波动值在所述波动范围内，则所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据；当所述激光参数中空间参数为光斑分布参数，所述筛选规则为激光束光斑焦点远场能量分布或质心漂移范围时，所述数据筛选单元根据所述光斑分布参数计算光斑焦点远场能量分布或质心漂移的实际数值；当所述激光参数中空间参数为光斑分布参数，所述筛选规则为激光束光斑近场能量分布或光束质量因子M2漂移范围时，所述数据筛选单元根据所述光斑分布参数计算光斑近场能量分布或光束质量因子M2的实际数值；若所述实际数值在所述范围内，则所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据；当所述激光参数中偏振参数为激光偏振度，所述筛选规则为偏振范围时，若所述激光偏振度在所述偏振范围内，则所述数据筛选单元确认所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据；当所述激光参数中时域参数为激光脉冲宽度，所述筛选规则为脉冲宽度范围时，若所述激光脉冲宽度在所述脉冲宽度范围内，则所述数据筛选单元确认所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据。优选地，当所述光谱参数为所述等离子体光的能量强度，所述筛选规则为所述等离子体光的能量均值波动范围时，所述数据筛选单元根据所述能量强度计算所述等离子体光能量的实际波动值；若所述实际波动值在所述波动范围内，则所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据；当所述光谱参数为所述光谱数据的能量强度，所述筛选规则为所述光谱数据的能量均值波动范围时，所述数据筛选单元根据所述能量强度计算所述光谱数据能量的实际波动值；若所述实际波动值在所述波动范围内，则所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据。优选地，当存在一个或多个所述激光参数和光谱参数时，每一所述激光参数和光谱参数对应的评价标准通过与或逻辑关系组合构成所述筛选规则。优选地，当所述激光参数中能量参数为多个脉冲的预设波长能量时，所述数据筛选单元根据所述多个脉冲的预设波长能量获取参考能量，根据所述参考能量等比例修正所述光谱数据，修正后的所述光谱数据为有效光谱数据。优选地，当所述光谱参数为所述等离子体光的漂移情况时，所述数据筛选单元根据所述漂移情况修正所述光谱数据，修正后的所述光谱数据为有效光谱数据；当所述光谱参数所述光谱数据的能量强度，所述数据筛选单元根据所述光谱数据的能量强度对其中任一波长的能量强度进行统计，获取所述任一波长的参考能量，并根据所述参考能量等比例修正所述光谱数据，修正后的所述光谱数据为有效光谱数据。优选地，还包括预处理单元，所述预处理单元分别与所述数据筛选单元和分析单元连接；所述预处理单元用于预处理所述有效光谱数据；所述预处理包括去噪算法、波长校准算法、强度校准算法、寻峰算法和强度插值算法中的至少一种。优选地，还包括采集单元，所述采集单元和分光单元连接；所述采集单元用于采集所述等离子体光。本专利技术提供的一种激光诱导击穿光谱检测系统，根据激光诱导光源输出激光的激光参数对光谱数据进行筛选，根据分光单元输入侧和/或输出侧的光谱参数对光谱数据进行筛选，降低了激光诱导光源和分光单元不稳定导致的干扰因素，有效提高了光谱数据的稳定性，实现了高精度的成分分析。附图说明图1为本专利技术具体实施例的一种激光诱导击穿光谱检测系统的结构示意图；图2为激光参数监测单元的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光诱导击穿光谱检测系统，其特征在于，包括激光诱导光源、分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元、数据筛选单元和分析单元；其中，所述数据筛选单元分别与所述分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元和分析单元连接；所述激光诱导光源用于向待检测材料输出激光以激发所述待检测材料产生等离子体光；所述分光单元用于对所述等离子体光进行分光，并输出光谱数据；所述激光参数监测单元用于监测所述激光诱导光源输出激光的激光参数；所述光谱参数监测单元用于监测所述分光单元输入侧等离子体光和/或输出侧光谱数据的光谱参数；所述数据筛选单元根据所述激光参数和光谱参数对所述光谱数据进行筛选和/或修正，并输出有效光谱数据；所述分析单元根据所述有效光谱数据获取所述待检测材料的成分。

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导击穿光谱检测系统，其特征在于，包括激光诱导光源、分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元、数据筛选单元和分析单元；其中，所述数据筛选单元分别与所述分光单元、激光参数监测单元、光谱参数监测单元和分析单元连接；所述激光诱导光源用于向待检测材料输出激光以激发所述待检测材料产生等离子体光；所述分光单元用于对所述等离子体光进行分光，并输出光谱数据；所述激光参数监测单元用于监测所述激光诱导光源输出激光的激光参数；所述光谱参数监测单元用于监测所述分光单元输入侧等离子体光和/或输出侧光谱数据的光谱参数；所述数据筛选单元根据所述激光参数和光谱参数对所述光谱数据进行筛选和/或修正，并输出有效光谱数据；所述分析单元根据所述有效光谱数据获取所述待检测材料的成分。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光参数包括能量参数、时域参数、空间参数和偏振参数中的至少一种；所述光谱参数包括所述分光单元输入侧的等离子体光的能量强度、漂移情况以及所述分光单元输出侧的光谱数据的能量强度、信噪比和信倍比中的至少一种。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据筛选单元基于筛选规则，根据所述激光参数和光谱参数对所述光谱数据进行筛选，所述筛选规则通过预先设定或人工智能算法获取。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当所述激光参数中能量参数为多个激光脉冲输出能量，所述筛选规则为预设数量的脉冲能量均值波动范围时，所述数据筛选单元根据所述一个或多个脉冲输出能量计算预设数量个所述脉冲输出能量均值的实际波动值；若所述实际波动值在所述波动范围内，则所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据；当所述激光参数中空间参数为光斑分布参数，所述筛选规则为激光束光斑焦点远场能量分布或质心漂移范围时，所述数据筛选单元根据所述光斑分布参数计算光斑焦点远场能量分布或质心漂移的实际数值；当所述激光参数中空间参数为光斑分布参数，所述筛选规则为激光束光斑近场能量分布或光束质量因子M2漂移范围时，所述数据筛选单元根据所述光斑分布参数计算光斑近场能量分布或光束质量因子M2的实际数值；若所述实际数值在所述范围内，则所述光谱数据为有效光谱数据；否则，剔除所述光谱数据；当所述激光参数中偏振参数为激光偏振度，所述筛选规则为偏振范围时，若所述激光偏振度在所述偏振范围内，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天卓，樊仲维，连富强，刘洋，林蔚然，貊泽强，王璞，肖红，聂树真，李欣，钟奇秀，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11