一种基于LIBS技术的远程测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于LIBS技术的远程测量装置，包括探头模块、收集模块、外触发检测模块和计算机；本发明专利技术旨在提供一种基于LIBS技术的远程测量装置，能进行户外在线原位探测，在某些特定的环境下，如化工领域的高温高压环境、含有放射性物质测试环境及空间探测等，测试人员无法直接或近距离使用仪器及装置进行作业时，能够保证测试人员安全测量。另外，本发明专利技术独特的光路设计，使得装置体积小、结构紧凑、质量轻，整个装置可集成到一个手提箱里面，车载到户外进行检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学仪器
，尤其涉及一种基于LIBS技术的远程测量装置。
技术介绍
激光诱导击穿光谱技术(LaserInducedBreakdownSpectroscopy，简称LIBS)，是一种新型原子光谱分析技术，它利用聚集强脉冲激光将待测样品直接激发成等离子体，通过分析等离子体中光谱信号来实现样品的元素分析。该技术操作简单，测量速度快，测量范围广，具有多相测定能力，能够完成复杂物质所含元素的定性和定量分析。由于具有上述优点，LIBS广泛的应用在冶金分析、环境监测、地质勘探、在线监控、国防等领域。传统意义上，LIBS技术应用过程中，可直接对待测样品进行近距离的测试与分析，但在某些特定的领域及环境下，如化工领域的高温高压环境、含有放射性物质测试环境及空间探测等，测试人员无法直接或近距离使用仪器及装置进行作业。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于LIBS技术的远程测量装置，能进行户外在线原位探测，在某些特定的环境下，如化工领域的高温高压环境、含有放射性物质测试环境及空间探测等，测试人员无法直接或近距离使用仪器及装置进行作业时，能够保证测试人员安全测量。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于LIBS技术的远程测量装置，包括探头模块、收集模块、外触发检测模块、制冷模块、除尘模块和计算机；所述探头模块包括激光器和激光扩束系统，所述激光扩束系统包括依次同轴设置的凹透镜、凸透镜和聚焦透镜；所述激光器的激光头正对凹透镜，所述凹透镜位于激光头和凸透镜之间；所述收集模块包括凹面反射镜和光纤探头，光纤探头位于凹面反射镜的焦点处；所述外触发检测模块包括光电管、延时器和光谱仪；所述光电管与延时器电连接、延时器与光谱仪电连接，延时器接收光电管信号并延时触发光谱仪工作；所述光纤探头通过光纤连接光谱仪；所述激光器、延时器和光谱仪分别与计算机电连接。优选的，所述凹面反射镜与激光器处于同一竖直平面。优选的，所述光电管安装在激光器侧边处。优选的，所述延时器通过串行总线与计算机连接。优选的，所述光电管与激光器呈30°夹角。所述激光器的激光头对准激光扩束系统的激光入口，其轴线与凹透镜、凸透镜和聚焦透镜三者的轴线重合。激光器发射出脉冲激光，脉冲激光先经过扩束作用，完成扩束的脉冲激光到达聚焦镜(焦距为5m)，脉冲激光通过聚焦镜后，在聚焦镜前方5m处聚焦于待测样品的表面，聚焦激光与待测样品物质相互作用，并激发待测样品产生等离子体，等离子体信号产生后将于样品表面呈空间扩散。所述激光扩束系统由一个凹透镜、一个凸透镜和一个聚焦透镜组成。激光器打出的激光到达扩束系统前端的凹透镜，初始入射激光经凹透镜作用，呈发散状继续传播；经一定的距离后，到达凹透镜后方的扩束系统输出凸透镜，此处凸透镜将接收发散状的激光光束并改变激光路径，使激光光束经凸透镜后呈平形状传播。光束继续传播到达聚焦透镜，经聚焦透镜的聚焦作用，激光光束将在聚焦镜后方5m处形成一个功率密度较高的光斑，进而有效与待测样品作用，形成信号较强的等离子体，经由收集系统对等离子体信号进行收集分析，并最终达到分析待测样品组成成分的目的。所述收集模块为牛顿式反射望远镜系统，包括凹面反射镜和光纤探头。所述凹面反射镜的工作流程是：一定距离外的待测样品通过与激光作用产生等离子体，等离子体信号将呈不规则状态空间发散，由于待测样品与凹面反射镜存在一定距离，当等离子体信号到达凹面反射镜位置时近似呈平行状态入射；等离子体信号入射后到达收集系统中的凹面反射镜处，信号经由凹面反射镜反射并聚焦，焦点处放置光纤探头，信号经过探头的耦合并经由光纤传送进入光谱仪。所述光纤探头置于信号经由凹面反射镜反射并聚焦的焦点处，将信号耦合并经由光纤传送进入光谱仪。所述光电管以一定的角度安置于激光器侧边处，光电管与激光器呈30°夹角，使得光电管更好地接收散射光。当脉冲激光由激光器发出后，激光器将不可避免的向激光束周围发射出散射光，此时散射光到达预先安装的光电管处，将触发光电管工作，光电管接收散射光并将散射光的信号转化为电信号进而将信号传送给脉冲延时器。所述延时器接收来自光电管的信号以触发光谱仪工作，延时时间可以通过串口来设置。所述光谱仪的工作模式设定为外触发方式，接收光纤传递来的谱线信号，将信号按波长顺序排列形成光谱，并对结果进行检测和记录。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术独特的光路设计，使得装置体积小、结构紧凑、质量轻，整个装置可集成到一个手提箱里面，车载到户外进行检测。2、本专利技术采用的激光扩束系统可以改变激光路径，使激光光束经凸透镜后呈平行状传播，能够有效地减小激光初始的发散角，提高脉冲激光光束的准直效果。3、本专利技术可以用于化工、钢铁领域的高温高尘环境，测试人员无法直接或近距离使用仪器及装置进行作业的危险场合，保证测试人员的安全。4、本专利技术具有批量样品测试能力，可进行大批量多样品测试。5、本专利技术具有多相分析能力，固体、液体、气体、悬浮颗粒均可检测。6、本专利技术测试范围广，可以测定元素周期表上的所有元素。7、本专利技术具有样品来源判断能力，通过与数据库对比，可对样品来源进行分类判断。8、本专利技术测试速度快，几十秒就可以完成样品元素的定性和定量分析；本专利技术操作简单，不需要对样品进行预处理。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为激光扩束示意图；图3牛顿反射收集系统示意图；图4为外触发系统示意图；图5为本专利技术对白水晶样品的分析光谱图；图6为本专利技术对陶瓷样品的分析光谱图；图7为本专利技术的方法流程图；图中：1-激光器、2-凹透镜、3-凸透镜、4-聚焦透镜、5-凹面反射镜、6-光纤探头、7-光电管、8-延时器、9-光谱仪、10-计算机。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，一种基于LIBS技术的远程测量装置，包括探头模块、收集模块、外触发检测模块和计算机10；所述探头模块包括激光器1和激光扩束系统，所述激光扩束系统包括依次同轴设置的凹透镜2、凸透镜3和聚焦透镜4；所述激光器1的激光头正对凹透镜2，所述凹透镜2位于激光头1和凸透镜3之间；所述收集模块包括凹面反射镜5和光纤探头6，光纤探头6位于凹面反射镜5的焦点处；所述外触发检测模块包括光电管7、延时器8和光谱仪9；所述光电管7与延时器8电连接、延时器8与光谱仪9电连接，延时器8接收光电管7信号并延时触发光谱仪9工作；所述光纤探头6通过光纤连接光谱仪9；所述激光器1、延时器8和光谱仪9分别与计算机电连接。所述凹面反射镜5与激光器1处于同一竖直平面。所述光电管7安装在激光器1侧边处。所述延时器8通过串行总线与计算机10连接。所述光电管7与激光器1呈30°夹角。如图2所示，激光器1发射出脉冲激光，脉冲激光经过由凹透镜2、凸透镜3和聚焦透镜4所组成的激光扩束系统，激光被凹透镜2发散，到达凸透镜3，凸透镜3能够有效地调节激光光束的发散角，使得具有一定发散角的激光光束近似变为平行光束以提高光束的准直效果，进而使得激光光束通过聚焦透镜4后，能够形成一个功率密度较高的光斑，在聚焦透镜4前方5m处放置待测样品，聚焦激光与待测样品物质相互作用，并激发待测样品产生等离子体，等离子体信号产生后将于样品表面呈空间扩散。与激光器1处于同一竖直平面放置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LIBS技术的远程测量装置，其特征在于：包括探头模块、收集模块、外触发检测模块和计算机；所述探头模块包括激光器和激光扩束系统，所述激光扩束系统包括依次同轴设置的凹透镜、凸透镜和聚焦透镜；所述激光器的激光头正对凹透镜，所述凹透镜位于激光头和凸透镜之间；所述收集模块包括凹面反射镜和光纤探头，光纤探头位于凹面反射镜的焦点处；所述外触发检测模块包括光电管、延时器和光谱仪；所述光电管与延时器电连接、延时器与光谱仪电连接，延时器接收光电管信号并延时触发光谱仪工作；所述光纤探头通过光纤连接光谱仪；所述激光器、延时器和光谱仪分别与计算机电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于LIBS技术的远程测量装置，其特征在于：包括探头模块、收集模块、外触发检测模块和计算机；所述探头模块包括激光器和激光扩束系统，所述激光扩束系统包括依次同轴设置的凹透镜、凸透镜和聚焦透镜；所述激光器的激光头正对凹透镜，所述凹透镜位于激光头和凸透镜之间；所述收集模块包括凹面反射镜和光纤探头，光纤探头位于凹面反射镜的焦点处；所述外触发检测模块包括光电管、延时器和光谱仪；所述光电管与延时器电连接、延时器与光谱仪电连接，延时器接收光电管信号并延时触发光谱仪工作；所述光纤探头通过光...

【专利技术属性】
技术研发人员：林庆宇，查方发，段忆翔，王帅，王杰，郭广盟，郭红丽，
申请(专利权)人：段忆翔，四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51