一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术揭示了一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，所述装置包括等离子体、准直镜、色散器件、成像透镜组、光电成像探测器，其特征在于：所述等离子由高功率密度的激光作用在待测样品表面并诱导剥离物产生的；所述准直镜用于将等离子体发射光转化为平行光，并传输至色散器件；所述色散器件用于将等离子体发射的复色光转化为多条单色光即多条分析线；所述成像透镜组用于将单色光耦合进光电成像探测器中；所述光电成像探测器用于将等离子体发射的某条单色光成像至显示设备上。本实用新型专利技术获得的成像信息更全面，成像速度更快，适用于固体、液体、气体等领域等离子体诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置
本技术涉及属于原子发射光谱检测
，具体涉及一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置。
技术介绍
依据原子的特征发射谱线来研究待测物的结构和化学组分的方法称为原子发射光谱分析。激光诱导击穿等离子体发射光谱(Laser-inducedbreakdownspectroscopy，简称LIBS)作为原子发射光谱中的新型技术，因其具有设备成本低、维护方便和仪器便携等突出优势，被广泛应用于环境、工业、农业和生物等领域。在LIBS领域，国内外的研究者主要关注以下3个研究方向：1)定性分析：根据等离子体发射光谱的波长信息，获取待测物所含元素种类；2)定量分析：根据等离子体发射光谱的强度信息，获取待测元素的含量。近年来，研究者为实现对痕量元素以及难电离元素的灵敏探测，相继提出电、微波、双脉冲、纳米等增强方式。此外，为实现对复杂样品甚至无标样样品的准确分析，标准加入法、自由定标法、化学计量学算法等被成功应用于LIBS领域；3)分类：将谱线的强度和波长信息输入化学计量学模型，实现对塑料、食品等的准确分类。尽管LIBS借助其独特的优势，在上述研究方向得到成功应用。但目前LIBS技术的分析精度仍不能占领分析领域市场，这主要是因为其分析准确度尚未达到应用需求。为此，国内外研究者尝试从等离子体出发，来解决这一问题。目前研究等离子体的主要参数包括等离子体温度、电子数密度、等离子体时间和空间演化以及元素分布。其中，等离子体温度可通过玻尔兹曼曲线法、萨哈-玻尔兹曼曲线法、特征谱线与连续谱比值法、分子谱线法获得；电子数密度可通过斯塔克展宽、斯塔克平移和萨哈方程获得；等离子体时间和空间演化可通过带有聚焦成像装置的ICCD实现；等离子体中元素分布则需要在成像装置的前方放置窄带滤光镜。由于等离子体发射光谱丰富，若想实现对某元素的多条分析线的空间分布和多元素的空间分布研究，需要更换不同的滤光镜，这不仅提高了实验成本，而且降低了实验效率。此外，市场上提供的滤光镜的波长有限，导致获得元素空间分布信息不完全。为解决滤光镜波长有限的问题，国内外研究者提出采用光谱仪系统对等离子体逐点进行采谱。但是该技术反而增加了实验时间。因此，需要开发一款适合LIBS等离子体的空间元素成像，高效取得元素在等离子体中的空间分布信息。
技术实现思路
本技术专利主要解决激光诱导击穿等离子体的空间元素成像问题，将色散系统引入到激光诱导击穿光谱检测技术中来，提出一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，能够解决现有LIBS技术中等离子体元素成像存在的问题，并能在短时间内获得元素在等离子体中的空间分布信息。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，等离子体发出光依次经由准直镜、色散器件、成像透镜组输送至光电成像探测器，所述准直镜、色散器件、光电成像探测器均由支架固定，所述成像透镜组固定在光电成像探测器的镜头上，所述准直镜将光反射至色散器件，所述色散器件将光反射至成像透镜组，所述成像透镜组将光透射至光电成像探测器。所述光电成像探测器输出端连接显示器，将等离子体发射的某条单色光成像至显示设备上。所述成像透镜组和光电成像探测器同时安装在三维位移平台上。所述等离子体由激光器照射，所述激光器为Nd:YAG脉冲激光器，其激光能量0-300mJ可调，激光频率为10Hz，脉宽为6ns。所述成像透镜组用于将单色光耦合进光电成像探测器中，所述像透镜组的比例至少为1:1。所述光电成像探测器为ICCD，其中ICCD的像素为1024×1024，面积为13.3×13.3mm2，像元大小为13μm，采用的光栅为1200g/mm，闪耀波长为300nm。所述色散器件是光栅或棱镜，所述光栅的分辨率在0.05-0.1nm。通过技术专利所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本技术专利提供的一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置主要具有以下有益效果：(1)所述成像透镜组和光电成像探测器件由位移平台精密控制，只需移动两者的位置，即可实线对分析元素不同分析线的捕捉，获得的成像信息更全面；(2)所述光电成像探测器可实现对等离子体中元素的一次成像，相对于对等离子体逐点扫描的方式，效率更高。附图说明下面对本技术说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是本技术专利提供的一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置示意图。图中附图标记说明：1.等离子体，2.准直镜，3.色散器件，4.成像透镜组，5.光电成像探测器。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。请参阅图1，本技术专利较佳实施方式提供的一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置示意图，所述空间元素成像装置是针对现有LIBS领域等离子体空间元素成像存在的效率低、信息不全面的问题而设计的。所述空间元素成像装置不仅能够通过调控成像透镜组和光电成像探测器的位置，切换待测元素的分析线，而且能够实现一次成像，提高了等离子体空间元素成像的效率和信息量。图1所示为本技术提供的一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置示意图，现结合图1详述如下：所述空间元素成像装置包括：等离子体1、准直镜2、色散器件3、成像透镜组4、光电成像探测器5。等离子体1的发射光依次经过准直镜2、色散器件3和成像透镜组4至光电成像探测器5上。所述等离子体1由高功率密度的激光作用在待测样品表面并诱导剥离物产生的，该激光可以是脉冲激光，也可以是连续激光；所述准直镜2用于将等离子体发射光转化为平行光，并传输至色散器件3；所述色散器件3用于将等离子体发射的复色光转化为多条单色光即多条分析线，并将其将单色光传输至成像透镜组4，该色散器件可以是光栅或棱镜，光栅的分辨率在0.05-0.1nm；所述成像透镜组4用于将单色光耦合进光电成像探测器5中，该成像透镜组的比例至少为1:1；所述光电成像探测器用于将等离子体发射的某条单色光成像至显示设备上，该光电成像探测器可以是电感耦合器件CCD、增强型电感耦合器件ICCD或CMOS。以下结合具体实施例对本技术专利进行说明。具体实施过程中采用的激光器为Nd:YAG脉冲激光器，其激光能量0-300mJ可调，激光频率为10Hz，脉宽为6ns。采用的成像透镜组的成像比例为1:1。采用的光电成像探测器为ICCD，其中ICCD的像素为1024×1024，面积为13.3×13.3mm2，像元大小为13μm。采用的光栅为1200g/mm，闪耀波长为300nm。控制ICCD的位移平台精度是0.01nm。采用的待测样品可以是固体、液体和气体。具体实施步骤为：1)打开激光器并调节至所需激光能量，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，其特征在于：等离子体发出光依次经由准直镜、色散器件、成像透镜组输送至光电成像探测器，所述准直镜、色散器件、光电成像探测器均由支架固定，所述成像透镜组固定在光电成像探测器的镜头上，所述准直镜将光反射至色散器件，所述色散器件将光反射至成像透镜组，所述成像透镜组将光透射至光电成像探测器。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，其特征在于：等离子体发出光依次经由准直镜、色散器件、成像透镜组输送至光电成像探测器，所述准直镜、色散器件、光电成像探测器均由支架固定，所述成像透镜组固定在光电成像探测器的镜头上，所述准直镜将光反射至色散器件，所述色散器件将光反射至成像透镜组，所述成像透镜组将光透射至光电成像探测器。


2.根据权利要求1所述的用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，其特征在于：所述光电成像探测器输出端连接显示器，将等离子体发射的某条单色光成像至显示设备上。


3.根据权利要求1所述的用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，其特征在于：所述成像透镜组和光电成像探测器同时安装在三维位移平台上。


4.根据权利要求1所述的用于激光诱导等离子体的空间元素成像装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新艳，崔执凤，姚关心，黄静春，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34