一种便携式元素成分快速检测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及液体成分在线检测技术领域，特别涉及一种便携式元素成分快速检测装置及方法。包括驱动机构、激光头、收集镜组、聚焦镜组、控制箱及手持式外壳，其中激光头通过转轴设置于手持式外壳上，驱动机构设置于手持式外壳上、且输出端与激光头连接，用于驱动激光头绕转轴转动，聚焦镜组和收集镜组均设置于激光头的前端，聚焦镜组与激光头同轴安装，收集镜组与聚焦镜组的聚焦方向成角度设置，驱动机构、激光头及收集镜组均与控制箱连接。本发明专利技术实现多点采样分析的检测模式，提高分析精度并降低对样品表面烧损程度。本发明专利技术手持轻盈、分析精度佳、性能稳定、成本低、维护简单。

A Portable Rapid Detection Device for Element Composition and Its Method

The invention relates to the technical field of on-line detection of liquid composition, in particular to a portable rapid detection device and method for element composition. It includes driving mechanism, laser head, collecting lens group, focusing lens group, control box and hand-held housing, in which the laser head is set on the hand-held housing through a rotating shaft, and the driving mechanism is set on the hand-held housing, and the output terminal is connected with the laser head to drive the laser head to rotate around the rotating axis. The focusing lens group and the collecting lens group are both arranged. At the front end of the laser head, the focus lens group is coaxially installed with the laser head. The focus direction of the collection lens group and the focus lens group is set at an angle. The driving mechanism, the laser head and the collection lens group are connected with the control box. The invention realizes the detection mode of multi-point sampling analysis, improves the analysis accuracy and reduces the burning degree of sample surface. The invention has the advantages of light hand, good analysis accuracy, stable performance, low cost and simple maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式元素成分快速检测装置及其方法
本专利技术涉及液体成分在线检测
，特别涉及一种便携式元素成分快速检测装置及其方法。
技术介绍
在制造业或者合金交易市场，往往需要现场检测合金牌号或者成分信息，以确正确使用和保获样品，降低生产和交易风险。在废旧合金回收再利用行业，利用快速现场检测技术对回收金属进行适当的分类，将极大提高回收的经济效益。基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的在线检测技术具有安全、快速、分析元素种类多等优点，具有很好的应用前景。相较于其他应用场合，将激光诱导击穿光谱技术用于手持检测装置面临着更多的挑战。将所有部件集成于一手持式设备中，必将受制于体积和重量限制而采用紧凑型的激光器、光谱仪、避免不了的要牺牲掉一部分性能。尽管如此，手持部分的重量往往超过1.5KG，这对于长期持有的使用者来讲仍然是比较重的。而光纤激光器具有成本低、光束质量高、寿命长、效率高、性能稳定等忧点，在LIBS领域展现出良好的应用前景。但由于光纤激光器单脉冲能量小、频率高，容易在样品表面产生较深的坑洞，从而影响等离子体激发，和过度破坏样品表面等因素，在一定程度上又限制了其发展。因此，目前急需一种光纤激光器，能够克服在LIBS应用上的不足，以满足社会对手持轻盈、成本低廉、性能可靠、维护方便的需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种便携式元素成分快速检测装置及其方法，能够实现手持轻盈、成本低廉、性能可靠、维护方便的目的。为了实现上述目，本专利技术采用以下技术方案：一种便携式元素成分快速检测装置，包括驱动机构、激光头、收集镜组、聚焦镜组、控制箱及手持式外壳，其中激光头通过转轴设置于手持式外壳上，所述驱动机构设置于所述手持式外壳上、且输出端与所述激光头连接，用于驱动所述激光头绕转轴转动，所述聚焦镜组和收集镜组均设置于所述激光头的前端，所述聚焦镜组与所述激光头同轴安装，所述收集镜组与所述聚焦镜组的聚焦方向成角度设置，所述驱动机构、激光头及收集镜组均与所述控制箱连接。所述控制箱包括手提式外壳及设置有所述手提式外壳内的光谱仪、计算及控制单元及光纤激光器主机，其中光谱仪与所述收集镜组连接，所述光纤激光器主机与所述激光头连接，所述光谱仪、驱动机构及光纤激光器主机均与计算及控制单元连接。所述手持式外壳的下方设有用于控制所述驱动机构启停的扳机，所述手持式外壳的上方还配置有触摸屏，所述触摸屏通过线缆与所述计算及控制单元连接。所述驱动机构包括电机、丝杆及螺母，其中电机设置于所述手持式外壳上，且输出端与丝杆连接，所述螺母与丝杆形成螺纹副，所述激光头与所述螺母连接，所述电机驱动丝杆转动，从而带动螺母沿丝杠做直线运动，所述螺母带动所述激光头绕转轴摆动，所述电机与所述计算及控制单元连接。所述聚焦镜组的前端设有样品触头，所述样品触头包括激发腔及设置于所述激发腔的前、后端的出光口和窗口，所述出光口处设有触碰开关。所述触碰开关包括布置于所述出光口中心位置的碰触头，所述碰触头通过弹簧与所述激发腔连接，所述碰触头上连接有触点Ⅰ，所述触点Ⅰ的内侧间隔设有与所述激发腔连接的触点Ⅱ，所述触点Ⅰ和触点Ⅱ分别通过信号线与所述计算及控制单元连接。所述激发腔内可转动地安装有快开盖，所述快开盖通过磁铁与所述激发腔吸合连接，使快开盖能够绕转轴实现快速开合。所述光谱仪、计算及控制单元及光纤激光器主机均由一可拆卸供电单元供电，所述计算及控制单元还配置有无线通讯模块。一种所述的便携式元素成分快速检测装置进行元素检测的方法，所述方法包括以下几个步骤：1)勾动扳机后，计算及控制单元检测到扳机的勾动信号后启动驱动机构，使激光头绕转轴转动；2)延迟预定时间后，配置激光头以间歇式脉冲串形式出射激光，每个脉冲串中包含数个单脉冲；3)在每个脉冲串出射期间，配置光谱仪延迟数个单脉冲周期后获取光谱信号；4)配置计算及控制单元根据光谱信号计算元素浓度信息；5)计算及控制单元计算出来的元素浓度信息通过设置于在手持式外壳上的触摸屏显示。所述激光头出射激光脉冲，激光脉冲经过聚焦镜组整形后产生汇聚激光，在被测样品表面激发出等离子体，等离子体信号光经由收集镜组后耦合进入光谱仪中，完成等离子体信号的激发和收集。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术多点扫描检测模式，分析精度佳。2.本专利技术手持部分轻盈。3.本专利技术性能稳定、成本低、维护简单。4.本专利技术可根据需要采用高性能光谱仪，从而进一步提高精度。5.本专利技术无需采样、制样，检测时间短，可以给用户提供实时信息。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中样品触头的结构示意图。图中：1为触摸屏，2为电机，3为丝杆，4为螺母，5为激光头，6为收集镜组，7为样品触头，8为聚焦镜组，9为转轴，10为光谱仪，11为计算及控制单元，12为光纤激光器主机，13为触点Ⅱ，14为弹簧，15为触点Ⅰ，16为碰触头，17为出光口，18为扳机，19为可拆卸供电单元，20为手持式外壳，21为手提式外壳，22为窗口，23为激发腔，24为磁铁，25为快开盖。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术提供的一种便携式元素成分快速检测装置，包括驱动机构、激光头5、收集镜组6、聚焦镜组8、控制箱及手持式外壳20，其中激光头5通过转轴9设置于手持式外壳20上，驱动机构设置于手持式外壳20上、且输出端与激光头5连接，用于驱动激光头5绕转轴9转动，聚焦镜组8和收集镜组6均设置于激光头5的前端，聚焦镜组8与激光头5同轴安装，收集镜组6与聚焦镜组8的聚焦方向成角度设置，驱动机构、激光头5及收集镜组6均与控制箱连接。控制箱包括手提式外壳21及设置有手提式外壳21内的光谱仪10、计算及控制单元11及光纤激光器主机12，其中光谱仪10与收集镜组6连接，光纤激光器主机12通过线缆与激光头5连接，光谱仪10、驱动机构及光纤激光器主机12均与计算及控制单元11连接。收集镜组6与聚焦镜组8聚焦方向光轴呈一定角度相交布置，在本实施例中，收集镜组6包含一组消色差透镜，聚焦镜组8包含一片凸透镜。收集镜组6通过光纤连接至光谱仪10，光谱仪10、计算及控制单元11及光纤激光器主机12均由一可拆卸供电单元19供电，计算及控制单元11还配置有无线通讯模块。驱动机构包括电机2、丝杆3及螺母4，其中电机2设置于手持式外壳20上，且输出端与丝杆3连接，螺母4与丝杆3形成螺纹副，激光头5与螺母4连接，电机2驱动丝杆3转动，从而带动螺母4沿丝杠3做直线运动，螺母4带动激光头5绕转轴9摆动，电机2与计算及控制单元11连接。进一步地，手持式外壳20的下方设有用于控制驱动机构中电机2启停的扳机18，手持式外壳20的上方还配置有触摸屏1，触摸屏1通过线缆与计算及控制单元11连接。聚焦镜组8的前端设有样品触头7。如图2所示，样品触头7包括激发腔23及设置于激发腔23的前、后端的出光口17和窗口22，出光口17处设有触碰开关。触碰开关包括布置于出光口17中心位置的碰触头16，碰触头16通过弹簧14与激发腔23连接，碰触头16上连接有触点Ⅰ15，触点Ⅰ15的内侧间隔设有与激发腔23连接的触点Ⅱ13，触点Ⅰ15和触点Ⅱ13分别通过信号线与计算及控制单元11连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式元素成分快速检测装置，其特征在于，包括驱动机构、激光头(5)、收集镜组(6)、聚焦镜组(8)、控制箱及手持式外壳(20)，其中激光头(5)通过转轴(9)设置于手持式外壳(20)上，所述驱动机构设置于所述手持式外壳(20)上、且输出端与所述激光头(5)连接，用于驱动所述激光头(5)绕转轴(9)转动，所述聚焦镜组(8)和收集镜组(6)均设置于所述激光头(5)的前端，所述聚焦镜组(8)与所述激光头(5)同轴安装，所述收集镜组(6)与所述聚焦镜组(8)的聚焦方向成角度设置，所述驱动机构、激光头(5)及收集镜组(6)均与所述控制箱连接。

【技术特征摘要】
1.一种便携式元素成分快速检测装置，其特征在于，包括驱动机构、激光头(5)、收集镜组(6)、聚焦镜组(8)、控制箱及手持式外壳(20)，其中激光头(5)通过转轴(9)设置于手持式外壳(20)上，所述驱动机构设置于所述手持式外壳(20)上、且输出端与所述激光头(5)连接，用于驱动所述激光头(5)绕转轴(9)转动，所述聚焦镜组(8)和收集镜组(6)均设置于所述激光头(5)的前端，所述聚焦镜组(8)与所述激光头(5)同轴安装，所述收集镜组(6)与所述聚焦镜组(8)的聚焦方向成角度设置，所述驱动机构、激光头(5)及收集镜组(6)均与所述控制箱连接。2.根据权利要求1所述的便携式元素成分快速检测装置，其特征在于，所述控制箱包括手提式外壳(21)及设置有所述手提式外壳(21)内的光谱仪(10)、计算及控制单元(11)及光纤激光器主机(12)，其中光谱仪(10)与所述收集镜组(6)连接，所述光纤激光器主机(12)与所述激光头(5)连接，所述光谱仪(10)、驱动机构及光纤激光器主机(12)均与计算及控制单元(11)连接。3.根据权利要求2所述的便携式元素成分快速检测装置，其特征在于，所述手持式外壳(20)的下方设有用于控制所述驱动机构启停的扳机(18)，所述手持式外壳(20)的上方还配置有触摸屏(1)，所述触摸屏(1)通过线缆与所述计算及控制单元(11)连接。4.根据权利要求2所述的便携式元素成分快速检测装置，其特征在于，所述驱动机构包括电机(2)、丝杆(3)及螺母(4)，其中电机(2)设置于所述手持式外壳(20)上，且输出端与丝杆(3)连接，所述螺母(4)与丝杆(3)形成螺纹副，所述激光头(5)与所述螺母(4)连接，所述电机(2)驱动丝杆(3)转动，从而带动螺母(4)沿丝杠(3)做直线运动，所述螺母(4)带动所述激光头(5)绕转轴(9)摆动，所述电机(2)与所述计算及控制单元(11)连接。5.根据权利要求2所述的便携式元素成分快速检测装置，其特征在于，所述聚焦镜组(8)的前端设有样品触头(7)，所述样品触头(7)包括激发腔(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兰香，李洋，王金池，丛智博，辛勇，于海斌，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21