專利名稱：便攜式快速元素成分分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于檢測(cè)設(shè)備范疇，涉及元素光譜分析方法，特別涉及便攜式快速元素成分分析儀。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)冶金工業(yè)，地址勘探，環(huán)保檢測(cè)等行業(yè)的元素分析檢測(cè)技術(shù)，仍然以ICP 光譜分析法，X射線熒光分析法和原子吸收測(cè)定法為主。這些方法雖然能準(zhǔn)確分析出樣品中的元素含量，但是分析前要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，操作技術(shù)復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間，大量浪費(fèi)了人力與物力，甚至危害人身安全。因此，一種便攜式快速元素成分分析儀的應(yīng)用與推廣，必將對(duì)我們的檢測(cè)行業(yè)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行快速分析且既便于攜帶又操作簡(jiǎn)單的便攜式快速元素成分分析儀。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種便攜式快速元素成分分析儀，包括通過(guò)光纖和電纜連接起來(lái)的電纜前端采集部分和后端分析部分，所述前端采集部分包括脈沖激光器和采集器，脈沖激光器的激光頭對(duì)準(zhǔn)采集器中的激光激發(fā)透鏡組；所述后端分析部分包括激光電源、時(shí)序控制板、光譜儀和計(jì)算機(jī)，時(shí)序控制板與光譜儀和激光電源相連，計(jì)算機(jī)與光譜儀和時(shí)序控制板相連。所述采集器包括光譜收集透鏡組、光纖接口、激光激發(fā)透鏡組和傘狀角度調(diào)節(jié)器， 光譜收集透鏡組通過(guò)絲扣結(jié)構(gòu)與光纖接口相連，光譜收集透鏡組的前端與傘狀角度調(diào)節(jié)器相連，激光激發(fā)透鏡組與傘狀角度調(diào)節(jié)器相連。所述脈沖激光器通過(guò)電纜和水冷管線與激光電源連接。所述時(shí)序控制板與光譜儀和激光電源通過(guò)同軸數(shù)據(jù)線相連；所述計(jì)算機(jī)與光譜儀與時(shí)序控制板通過(guò)USB數(shù)據(jù)線相連。所述光譜收集透鏡組共有6組，平均分配在收集面上，用以調(diào)節(jié)光軸方向上收集匯聚點(diǎn)。所述收集等離子體光譜通過(guò)光纖傳輸?shù)焦庾V儀中。所述收集回來(lái)的光譜信號(hào)可分別送入不同波段的光譜儀中。所述傘狀角度調(diào)節(jié)器的角度可配合光譜收集透鏡組在0-90度范圍內(nèi)調(diào)整。所述激光激發(fā)透鏡組內(nèi)透鏡位置可調(diào)節(jié)，其作用為對(duì)脈沖激光匯聚點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 以保證激光激發(fā)在既定位置上。所述光纖接口位置可調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型適用于冶金工業(yè)，地址勘探，環(huán)保檢測(cè)等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或野外現(xiàn)場(chǎng)的使用，可以快速對(duì)未知樣品進(jìn)行定性定量分析；[0017]2.本實(shí)用新型能夠在幾秒鐘之內(nèi)對(duì)未知樣品進(jìn)行定性分析，同時(shí)對(duì)所需元素進(jìn)行定量分析；3.本實(shí)用新型便于攜帶，操作簡(jiǎn)單，特別適用于對(duì)分析時(shí)間有需求的工業(yè)或勘探現(xiàn)場(chǎng)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型中傘狀角度調(diào)節(jié)器的正面視圖；圖4是本實(shí)用新型中傘狀角度調(diào)節(jié)器的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，一種便攜式快速元素成分分析儀，系統(tǒng)采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析法，整個(gè)儀器由兩部分構(gòu)成第一部分為前端采集部分，第二部分為后端分析部分。所述前端采集部分包括脈沖激光器4和采集器10，所述采集器10包括光譜收集透鏡組1、光纖接口 2、激光激發(fā)透鏡組3和傘狀角度調(diào)節(jié)器9，脈沖激光器4發(fā)射的高能激光經(jīng)過(guò)激光激發(fā)透鏡組3進(jìn)行匯聚，照射于待測(cè)樣品表面，產(chǎn)生等離子體，光譜收集透鏡組1對(duì)等離子體光譜進(jìn)行收集，并將其通過(guò)光纖傳輸?shù)剿龊蠖朔治霾糠种?，進(jìn)行上位機(jī)分析；所述后端分析部分包括激光電源5、時(shí)序控制板6、光譜儀7和計(jì)算機(jī)8，時(shí)序控制板6與光譜儀7和激光電源5相連，計(jì)算機(jī)8與光譜儀7和時(shí)序控制板6相連。通過(guò)計(jì)算機(jī)8控制時(shí)序控制板6發(fā)生的時(shí)序信號(hào)，以控制光譜儀7和激光電源5的時(shí)序關(guān)系。所述脈沖激光器4通過(guò)電纜和水冷管線與激光電源5連接。所述時(shí)序控制板6與光譜儀7和激光電源5通過(guò)同軸數(shù)據(jù)線相連。所述計(jì)算機(jī)8與光譜儀7和時(shí)序控制板6通過(guò)USB數(shù)據(jù)線相連。所述光譜收集透鏡組1共有6組，平均分配在收集面上，用以調(diào)節(jié)光軸方向上收集匯聚點(diǎn)。所述收集等離子體光譜通過(guò)光纖傳輸?shù)焦庾V儀7中。所述收集回來(lái)的光譜信號(hào)可分別送入不同波段的光譜儀7中。所述傘狀角度調(diào)節(jié)器9的角度可配合光譜收集透鏡組1在0-90度范圍內(nèi)調(diào)整。所述激光激發(fā)透鏡組3內(nèi)透鏡位置可調(diào)節(jié)，其作用為對(duì)脈沖激光匯聚點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證激光激發(fā)在既定位置上。所述光纖接口 2位置可調(diào)節(jié)。如圖2所示，采集器10包括光譜收集透鏡組1、光纖接口 2、激光激發(fā)透鏡組3和傘狀角度調(diào)節(jié)器9，光譜收集透鏡組1通過(guò)絲扣結(jié)構(gòu)與光纖接口 2相連，光譜收集透鏡組1 的前端與傘狀角度調(diào)節(jié)器9相連，激光激發(fā)透鏡組3與傘狀角度調(diào)節(jié)器9相連。如圖3和圖4所示，傘狀角度調(diào)節(jié)器9的底面為正六邊形結(jié)構(gòu)，在側(cè)視圖平面上， 其傘狀張開的角度是可以調(diào)節(jié)的，其調(diào)節(jié)角度為0-90度，以保證光譜收集透鏡組1可以在軸線方向上收集到等離子體光譜譜線。[0037]當(dāng)所需進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將待測(cè)物放置于脈沖激光器4的探頭前端，或手持便攜設(shè)備， 貼近待測(cè)物。所述后端分析部分置于溫度穩(wěn)定，電源波動(dòng)小的安全區(qū)域，以免受到干擾。通過(guò)計(jì)算機(jī)8，向時(shí)序控制板6發(fā)出指。時(shí)序控制板6控制脈沖激光器4與光譜儀7的工作時(shí)序關(guān)系。脈沖激光器4在激發(fā)等離子體后的幾十微秒之內(nèi)，打開光譜儀7，就可以采集到等離子體光譜。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)等離子體光譜進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)得出樣品的組分含量。脈沖激光器4采用的是鐳寶公司的DAWA200型，輸出能量范圍為0_200mJ。一般在實(shí)際使用過(guò)程中，采用能量為IOOmJ即可得到穩(wěn)定高效的光譜輸出圖像，同時(shí)也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況對(duì)激光能量進(jìn)行具體調(diào)節(jié)。光譜儀7采用的是海洋光學(xué)公司的HR2000+型號(hào)系列光譜儀，通過(guò)集成不同的波段，可以實(shí)現(xiàn)從紫外、可見光到紅外的全譜段光譜識(shí)別。目前采用的6通道光譜儀，可由測(cè)量光譜范圍200-820nm，此光譜范圍段囊括了大部分常見元素的特征譜線，可適用于各種元素的定性定量分析。由于等離子體的生命周期很短，只有幾十微秒，而且在等離子體產(chǎn)生初期，其特征譜線不明顯，所以需要精確的控制等離子體產(chǎn)生后，光譜儀7的采集時(shí)間。時(shí)序控制板6，可以在655. 35微秒的范圍內(nèi)，以0. 01微秒的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)激光器的燈Q延時(shí)，以及脈沖激光器4 激發(fā)等離子體后與光譜儀7開始采集的延遲，能夠極其精確的控制計(jì)算機(jī)，光譜儀7和脈沖激光器4的時(shí)序關(guān)系。同時(shí)，基于以上參數(shù)，針對(duì)不同的應(yīng)用條件，用戶可自行根據(jù)所測(cè)樣本的區(qū)別，進(jìn)行不同參數(shù)下特征值的修正，建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。
權(quán)利要求1.一種便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，包括通過(guò)光纖和電纜連接起來(lái)的電纜前端采集部分和后端分析部分，所述前端采集部分包括脈沖激光器(4)和采集器(10)， 脈沖激光器(4)的激光頭對(duì)準(zhǔn)采集器(10)中的激光激發(fā)透鏡組(3)；所述后端分析部分包括激光電源(5)、時(shí)序控制板(6)、光譜儀(7)和計(jì)算機(jī)(8)，時(shí)序控制板(6)與光譜儀(7) 和激光電源( 相連，計(jì)算機(jī)(8)與光譜儀(7)和時(shí)序控制板(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述采集器(10) 包括光譜收集透鏡組(1)、光纖接口 O)、激光激發(fā)透鏡組C3)和傘狀角度調(diào)節(jié)器(9)，光譜收集透鏡組(1)通過(guò)絲扣結(jié)構(gòu)與光纖接口( 相連，光譜收集透鏡組(1)的前端與傘狀角度調(diào)節(jié)器(9)相連，激光激發(fā)透鏡組( 與傘狀角度調(diào)節(jié)器(9)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述脈沖激光器 ⑷通過(guò)電纜和水冷管線與激光電源(5)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述時(shí)序控制板 (6)與光譜儀(7)和激光電源(5)通過(guò)同軸數(shù)據(jù)線相連；所述計(jì)算機(jī)⑶與光譜儀(7)與時(shí)序控制板(6)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述光譜收集透鏡組(1)共有6組，平均分配在收集面上，用以調(diào)節(jié)光軸方向上收集匯聚點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述光譜收集透鏡組(1)收集的等離子體光譜通過(guò)光纖傳輸?shù)焦庾V儀(7)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，收集回來(lái)的光譜信號(hào)可分別送入不同波段的光譜儀(7)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述傘狀角度調(diào)節(jié)器(9)的角度可配合光譜收集透鏡組(1)在0-90度范圍內(nèi)調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述激光激發(fā)透鏡組(3)內(nèi)透鏡位置可調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式快速元素成分分析儀，其特征在于，所述光纖接口 (2)位置可調(diào)節(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于檢測(cè)設(shè)備范疇，涉及元素光譜分析方法，特別涉及便攜式快速元素成分分析儀。本實(shí)用新型包括通過(guò)光纖和電纜連接起來(lái)的電纜前端采集部分和后端分析部分，前端采集部分包括脈沖激光器和采集器，脈沖激光器的激光頭對(duì)準(zhǔn)采集器中的激光激發(fā)透鏡組；后端分析部分包括激光電源、時(shí)序控制板、光譜儀和計(jì)算機(jī)，時(shí)序控制板與光譜儀和激光電源相連，計(jì)算機(jī)與光譜儀和時(shí)序控制板相連。本實(shí)用新型適用于冶金工業(yè)，地址勘探，環(huán)保檢測(cè)等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或野外現(xiàn)場(chǎng)的使用，可以快速對(duì)未知樣品進(jìn)行定性定量分析；能夠在幾秒鐘之內(nèi)對(duì)未知樣品進(jìn)行定性分析，同時(shí)對(duì)所需元素進(jìn)行定量分析；便于攜帶，操作簡(jiǎn)單，特別適用于對(duì)分析時(shí)間有需求的工業(yè)或勘探現(xiàn)場(chǎng)。
文檔編號(hào)G01N21/63GK202330285SQ20112040581
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者叢智博, 于海斌, 孫蘭香, 楊志家, 辛勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所