单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法，系统中，激光器生成激发激光通过光纤诱导击穿光谱的激光，光纤耦合器耦合注入激光，单光纤连接光纤耦合器以传输激光，LIBS探头一端连接单光纤，另一端探入真空灭弧室，激光经由LIBS探头诱导生成等离子体且等离子体自发射成像经由LIBS探头进入光纤耦合器，二色镜设于光纤耦合器以分离激光和等离子体，处理器连接相机和光谱仪，基于等离子体图像和光谱信号生成等离子体温度和等离子体密度以得到真空度。体温度和等离子体密度以得到真空度。体温度和等离子体密度以得到真空度。

【技术实现步骤摘要】
单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法


[0001]本专利技术属于激光检测领域，特别是一种基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法。

技术介绍

[0002]相比于空气开关、油开关等，真空开关具有故障率低、结构紧凑、开断能力强、维修简单等优点，并广泛地应用于电力系统、煤矿开采、石油化工等各个领域。它的原理是将用于电流开断的动静触头密封于真空环境中，利用真空的绝缘性能和灭弧性能来实现电路开断的目的。实际中，随着使用年限的增加，由于真空开关机械部件老化以及绝缘劣化等因素，其内部真空度会逐渐降低。为了器件的使用安全，对于真空度的检测不容小觑。目前较为成熟的技术包含：屏蔽罩颜色判定法、弧光观察法、火花计法、吸气剂薄膜法、电弧电压/电流法、工频耐压法、磁控放电法、发射电流衰减法和X射线法等，但他们均为离线检测技术，需要设备退出运行状态。鉴于目前对真空灭弧室的真空度缺乏有效的在线检测手段。
[0003]LIBS系统不受任何限制，直接将激光束聚焦在样品上。随着光纤技术的发展，通过传输光纤将激光束灵活地传输到目标上，可以实现远距离传输激光脉冲和发射信号。该方法有机会打破实验室研究的局限，适应复杂的设备布局和恶劣的环境，为更高效精准分析精密仪器、远程在线检测开关设备真空度提供了一种有效的解决方案。但现有的光纤LIBS系统传输激光功率小，传输效率低，光谱信噪比低，导致测量精度不准确。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在问题，本专利技术提出一种基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法，能够改善激光聚焦程度、提高激光脉冲稳定性、减少噪声干扰等缺点。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统包括；
[0007]激光器，其生成激发激光通过光纤诱导击穿光谱的激光；
[0008]光纤耦合器，其耦合注入所述激光；
[0009]单光纤，其连接所述光纤耦合器以传输所述激光；
[0010]LIBS探头，其一端连接所述单光纤，另一端探入真空灭弧室，所述激光经由光纤传导，所述LIBS探头诱导生成等离子体且所述等离子体自发射成像经由所述LIBS探头进入所述光纤耦合器；
[0011]二色镜，其设于所述光纤耦合器以分离所述激光和所述等离子体；
[0012]消色差仪，其连接所述光纤耦合器；
[0013]收集光纤，其连接所述消色差仪以收集所述等离子体；
[0014]光谱仪，其连接所述收集光纤以生成光谱信号；
[0015]ICCD相机，其连接光谱仪以采集等离子体图像；
[0016]数字延迟脉冲发生器，其连接所述ICCD相机以通过设置脉冲之间的延时控制ICCD相机；
[0017]处理器，其连接所述相机和光谱仪，基于所述等离子体图像和光谱信号生成等离子体温度和等离子体密度以得到真空度。
[0018]基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统中，所述激光器生成的激光能量为24mJ，波长设置为1064nm。
[0019]基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统中，所述单光纤的中心玻璃芯芯径为400μm
‑
600μm，所述单光纤芯层材料采用GeO2或SiO2，包层材料采用SiO2。
[0020]基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统中，所述LIBS探头为基于单透镜的LIBS激光探针，聚焦时通过透镜将激光光斑聚焦射到真空开关内灭弧室屏蔽罩靶材料产生等离子体。
[0021]一种利用所述的基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统的检测方法包括以下步骤：
[0022]激光经由光纤耦合器耦合注入单光纤输送到LIBS探头以激发真空开关内灭弧室屏蔽罩诱导生成等离子体；
[0023]所述等离子体自发射成像经由所述LIBS探头进入所述光纤耦合器，二色镜分离所述激光和所述等离子体，收集光纤经由所述消色差仪以收集所述等离子体；
[0024]数字延迟脉冲发生器触发激光和相机，调整时间间隔以跟踪等离子体的演变，相机和光谱仪获得等离子体图像和光谱信号；
[0025]处理器基于所述等离子体图像和光谱信号生成等离子体温度和等离子体密度以得到真空度。
[0026]检测方法中，所述光谱信号包括离子谱线组成和强度。
[0027]有益效果
[0028]本专利技术基于其等离子体成像系统和光谱强度分析获取了能够表征真空度的特征参数，实现了真空开关真空度的带电检测。模光纤输出的激光是发散的，需要透镜进行聚焦，采用单光纤进行更好的检测，其模间色散很小，适用于远程通讯，信号畸变很小，通过单光纤传输的激光作用于靶材料，得到的等离子体成像重复性高、光谱信噪比高，避免了直接聚焦中心需要更加集中的要求，解决了传统LIBS激光脉冲稳定性差，噪声干扰高的问题。光纤传输激光产生的等离子体更均匀，能够产生更稳定的熔坑，自吸收效应也呈现下降状态，但也因更低的温度和电子密度无法产生更大的峰值辐照度，从而无法为等离子体提供高强度的发射。使用光纤作为传输介质，测量过程安全可靠，面对恶劣环境、对人体有伤害的核辐射环境，针对于开关设备的在线真空度检测，可以实现远程在线监控，提高工作与检修效率。
[0029]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
[0030]通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0031]在附图中：
[0032]图1为本专利技术基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统的检测方法的流程示意图；
[0034]附图标记如下：1、激光器；2、光纤耦合器；3、二色镜；4、单光纤；5、单光纤LIBS探头；6、真空灭弧室；7、消色差仪；8、收集光纤；9、ICCD相机；10、光谱仪；11、延迟脉冲发生器。
[0035]以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。
具体实施方式
[0036]下面将参照附图1至图2更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统，其包括，激光器，其生成激发激光通过光纤诱导击穿光谱的激光；光纤耦合器，其耦合注入所述激光；单光纤，其连接所述光纤耦合器以传输所述激光；LIBS探头，其一端连接所述单光纤，另一端探入真空灭弧室，所述激光经光纤传导，由所述LIBS探头诱导生成等离子体且所述等离子体自发射成像经由所述LIBS探头进入所述光纤耦合器；二色镜，其设于所述光纤耦合器以分离所述激光和所述等离子体；消色差仪，其连接所述光纤耦合器；收集光纤，其连接所述消色差仪以收集所述等离子体；光谱仪，其连接所述收集光纤以生成光谱信号；ICCD相机，其连接光谱仪以采集等离子体图像；数字延迟脉冲发生器，其连接所述ICCD相机以通过设置脉冲之间的延时控制ICCD相机；处理器，其连接所述ICCD相机和光谱仪，基于所述等离子体图像和光谱信号生成等离子体温度和等离子体密度以得到真空度。2.根据权利要求1基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统，其中，优选的，所述激光器生成的激光能量为24mJ，波长设置为1064nm。3.根据权利要求1基于单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣命哲，刘佳琪，张飞龙，柯伟，陈敏源，袁欢，杨爱军，刘定新，王小华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：