一種便攜式激光探針成分分析裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種便攜式激光探針成分分析裝置，它包括探測頭和主機(jī)系統(tǒng)兩部分，探測頭包括外殼、光纖準(zhǔn)直鏡和透鏡；主機(jī)系統(tǒng)包括微控制器、便攜式PC機(jī)、激光器電源、光譜儀、光收集器、二向色鏡、光纖耦合器，光闌和激光器發(fā)射頭；采用將激光脈沖和采集光都通過同一根光纖來傳輸?shù)姆绞?，避免了?fù)雜的光路系統(tǒng)，縮小了激光探針成分分析裝置的探測頭的體積，提高了系統(tǒng)的抗干擾性和可重復(fù)性；采用雙脈沖激發(fā)，能夠很好的降低探測極限，提高信背比和等離子體光譜的穩(wěn)定性；同時，采用脈沖能量為10-20mJ的小能量激光脈沖來激發(fā)樣品提高分析的準(zhǔn)確性，同時避免對樣品表面較大的破壞；采用上位機(jī)軟件控制小型位移平臺實(shí)現(xiàn)自動化聚焦和采集。
【專利說明】一種便攜式激光探針成分分析裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于激光精密檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種便攜式激光探針成分分析裝置(簡稱激光探針儀)，主要用于物質(zhì)元素成分的定性與定量分析。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金、機(jī)械、能源、化工、環(huán)保、食品安全、生物制藥等領(lǐng)域中，常常需要對物質(zhì)成分進(jìn)行定性或定量分析。目前應(yīng)用較為成熟的分析方法有:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體法(ICP)、X熒光光譜(XRF)、電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)等。但由于這些方法制樣比較繁瑣，分析周期長，一般需要對樣品進(jìn)行預(yù)處理，且儀器成本過高，使用條件苛刻，不能在野外等惡劣環(huán)境下或工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行檢測，無法實(shí)現(xiàn)在線檢測的目的。激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser Induced BreakdownSpectroscopy,簡稱LIBS),是一種新型的物質(zhì)成分分析技術(shù),它是通過將脈沖激光束聚焦到樣品表面燒蝕形成等離子體而發(fā)射出光譜，通過采集等離子體光譜來分析其元素的成分及其含量。與傳統(tǒng)分析儀相比，LIBS技術(shù)具有無需樣品制備，分析迅速，可同時檢測多種元素、探測極限低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于固體、液體和氣體等物質(zhì)的檢測，特別適合物質(zhì)的原位分析。
[0003]與其它物質(zhì)成分分析方法相比，LIBS技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢，然而，現(xiàn)有的LIBS系統(tǒng)還存在著一些不足之處。
[0004]中國專利文獻(xiàn)《一種激光探針微區(qū)成分分析儀》(申請?zhí)枮?00910062846，
【公開日】為2009年11月25日)公開了一種基于微區(qū)成分探測分析的激光探針儀，該激光探針儀主要是由LIBS、工業(yè)CCD、工作臺和控制系統(tǒng)組成，主要是針對物質(zhì)微區(qū)成分的分析探測，因其采用了機(jī)械約束機(jī)構(gòu)，從而有效地降低了 LIBS的探測極限。但儀器復(fù)雜、體積龐大，主要適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測分析，不便于在野外或工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時檢測。
[0005]中國專利文獻(xiàn)《激光誘導(dǎo)放電增強(qiáng)等離子光譜檢測裝置》(申請?zhí)枮?00910154015.2，
【公開日】為2010年4月21日)公開了一種激光誘導(dǎo)放電增強(qiáng)等離子光譜檢測裝置。該裝置包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元，由探頭、光纖和光譜儀組成的信號接收單元，載物臺和數(shù)據(jù)分析單元。該裝置設(shè)有一個高壓快放電回路組成的信號增強(qiáng)單元，能在一定程度上增強(qiáng)信號強(qiáng)度，具有較低的檢出限和較高的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。然而，高壓放電回路的引入使整個系統(tǒng)更加復(fù)雜，體積更大，同樣不便于在野外或工業(yè)現(xiàn)場檢測。此夕卜，由于電火花放電的不均勻性，可能會影響測量結(jié)果的穩(wěn)定性，也可能會對樣品造成較大的燒蝕，其探測極限也沒有雙激光脈沖的低。
[0006]中國專利文獻(xiàn)《一種基于雙激光光源的激光探針微區(qū)成分分析儀》(申請?zhí)枮?01010114115.5，
【公開日】為2010年7月21日)公開了一種基于雙激光光源的激光探針微區(qū)成分分析儀，該激光探針儀器主要是采用雙激光光源，固定波長激光器和波長可調(diào)諧激光器可上下或平行放置，且通過數(shù)字延時發(fā)生器控制其開啟順序及延時。這種雙激光光源激發(fā)的激光探針儀探測極限低，元素分析精度高。可用于各種物質(zhì)微區(qū)的微量、痕量元素的準(zhǔn)確定性和精確定量分析，但由于儀器體積龐大，其主要是針對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做精確測量，不便于在野外或工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時檢測。
[0007]現(xiàn)有的LIBS系統(tǒng)的不足之處主要表現(xiàn)在:
[0008]首先，傳統(tǒng)的LIBS系統(tǒng)大多采用Nd =YAG激光器在光學(xué)平臺上搭建復(fù)雜的光路系統(tǒng)，設(shè)備體積龐大，對設(shè)備放置的環(huán)境要求高，如需要專門的光學(xué)平臺等，有些激光器需要恒溫、干燥環(huán)境等，因此無法將儀器搬到野外惡劣環(huán)境或工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行分析；
[0009]其次，目前的可移動式的LIBS系統(tǒng)一般是將整個激光器發(fā)射頭裝進(jìn)探測頭里面，使得探測頭的體積依然比較龐大，這給野外探測和工業(yè)現(xiàn)場分析帶來不便。同時，由于采用單脈沖，探測極限和精度受到了很大的限制，很難探測痕量元素。
[0010]第三，目前的有些LIBS系統(tǒng)為了增強(qiáng)等離子體光譜強(qiáng)度，往往采用一些輔助的增強(qiáng)措施，例如充保護(hù)氣、抽成真空，電火花或微波加熱等等，這些輔助裝置的加入，往往需要做一個專門的樣品室，樣品室的大小使得目標(biāo)樣品的尺寸受到很大限制，無法完成大尺寸試樣的成分分析，無法在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
[0011]第四，目前常見的LIBS系統(tǒng)一般采用30-100mJ的單脈沖能量。例如清華大學(xué)，馬曉紅等，檢測時間及位置可控的激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測轉(zhuǎn)置，[P]，中國，201010569401.0，20101126。然而，較大的激光脈沖能量對樣品的表面燒蝕比較嚴(yán)重，對樣品的損傷較大。
[0012]可見，現(xiàn)有的LIBS系統(tǒng)由于種種原因，還存在著很多的缺陷:如設(shè)備體積較為龐大，對環(huán)境要求高，分析精度、探測極限、穩(wěn)定性和可重復(fù)性有待進(jìn)一步提高，不適合在環(huán)境惡劣的野外環(huán)境或工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]為了克服現(xiàn)有LIBS技術(shù)存在的缺陷和為了適應(yīng)野外作業(yè)及工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時檢測的需要，本實(shí)用新型提供了一種便攜式激光探針成分分析裝置(以下簡稱激光探針儀)，該激光探針儀體積小、重量輕，攜帶方便，操作簡單，分析迅速，可用于野外環(huán)境或工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時檢測，不需要真空環(huán)境，無需對樣品進(jìn)行預(yù)處理；對所分析樣品的尺寸大小和導(dǎo)電性無限制，分析效率高。
[0014]本實(shí)用新型提供的一種便攜式激光探針成分分析裝置，包括探測頭和主機(jī)系統(tǒng)兩部分，其特征在于，探測頭包括外殼、第一光纖準(zhǔn)直鏡和透鏡；主機(jī)系統(tǒng)包括微控制器、便攜式PC機(jī)、激光器電源、光譜儀、光收集器、二向色鏡、第一光纖稱合器，光闌和激光器發(fā)射頭;
[0015]外殼的一端開有探針出光口，透鏡安裝在第一位移平臺上，第一光纖準(zhǔn)直鏡安裝在第二位移平臺上，且第一光纖準(zhǔn)直鏡、透鏡和探針出光口依次位于第一光路上；
[0016]光闌和二向色鏡在激光器發(fā)射頭的第二光路上，二向色鏡與激光器發(fā)射頭所發(fā)射的激光束成45度角；光收集器、二向色鏡和第一光纖耦合器依次位于第三光路上，所述第三光路與第二光路垂直；
[0017]第一光纖準(zhǔn)直鏡與第一光纖耦合器通過傳輸光纖連接，用于將主機(jī)系統(tǒng)中激光脈沖傳輸?shù)教綔y頭中，并將探測頭中收集到的等離子體光譜傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)中；
[0018]微控制器分別與第一、第二位移平臺電信號連接，用于控制位移平臺的位置，微控制器與便攜式PC機(jī)通信連接；[0019]光譜儀與光收集器通過光纖連接，用于采集光譜信號；便攜式PC機(jī)與光譜儀通過數(shù)據(jù)線連接，用于實(shí)時顯示光譜儀采集到的光譜信號；
[0020]微控制器與激光器電源箱電信號連接，用于觸發(fā)激光器發(fā)射頭工作；
[0021]激光器的電源箱或者微控制器與光譜儀電信號連接，以觸發(fā)光譜儀工作。
[0022]本實(shí)用新型提供了一種便攜式的激光探針成分分析裝置，采用將激光脈沖和采集光都通過同一根光纖來傳輸?shù)姆绞?，避免了?fù)雜的光路系統(tǒng)，縮小了激光探針成分分析裝置的探測頭的體積，提高了系統(tǒng)的抗干擾性和可重復(fù)性；采用分束器、合束器和光纖延時的方法將單脈沖激光變成雙脈沖激光，采用雙脈沖激發(fā)，能夠很好的降低探測極限，提高信背比和等離子體光譜的穩(wěn)定性；采用脈沖能量為10-20mJ的小能量激光脈沖來激發(fā)樣品提高分析的精度，同時避免對樣品表面較大的破壞；采用上位機(jī)軟件控制小型位移平臺實(shí)現(xiàn)自動化聚焦和采集。與現(xiàn)有的元素成分分析儀相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0023]1.小巧便捷，高度集成化、自動化，整個檢測過程能迅速完成，無需對樣品預(yù)處理，適合野外或惡劣環(huán)境下檢測，適合場地狹窄的特殊環(huán)境下作業(yè)，能對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
[0024]2.采用脈沖能量為10_20mJ的小能量激光脈沖來激發(fā)樣品產(chǎn)生等離子體，提高分析的精度；同時避免了對樣品的較大破壞，真正做到了無損或微損檢測。
[0025]3.通過將激光脈沖和采集光都耦合進(jìn)同一根光纖來傳輸?shù)姆椒ū苊饬藦?fù)雜的光路系統(tǒng)，避免了外界環(huán)境對光路系統(tǒng)的影響，大大提高了系統(tǒng)的集成度、穩(wěn)定性和可重復(fù)性；同時，采用光纖傳輸又使得激光探針成分分析裝置的手持式探測頭體積做的更小。
[0026]4.采用雙脈沖激發(fā)的方法，增強(qiáng)檢測效果，使得元素的探測極限、分析精度和穩(wěn)定性大大的改善。本實(shí)用新型的第二種實(shí)施例中采用分束、合束和延時的方法，將單脈沖激光變成雙脈沖激光，采用雙脈沖激發(fā)使得檢測效果明顯提升，如探測極限(limit ofdetection,L0D)下降，信背比提高，穩(wěn)定性增強(qiáng)等。所謂的雙脈沖激發(fā)是指在第一個激光脈沖在樣品表面激發(fā)出等離子體后，經(jīng)適當(dāng)?shù)难訒r后，第二個激光脈沖再次照射到第一個脈沖產(chǎn)生的等離子體上，對等離子體進(jìn)行再次激發(fā)，使得光譜信號明顯增強(qiáng)，探測極限降低，穩(wěn)定性提聞。
[0027]5.通過位移平臺自動化控制，精確控制透鏡的聚焦點(diǎn)位置和精確調(diào)節(jié)光收集器的位置，進(jìn)一步提聞了激光探針儀的精確度，且省時省力。
[0028]6.將物質(zhì)成分分析儀做成手持式探測頭和手提箱式的探測儀主機(jī)的形式，配合緊湊型的Nd =YAG激光器和高度集成化的光譜檢測系統(tǒng)，以及自動調(diào)節(jié)聚焦等功能，使得整個激光探針分析儀具有體積小，重量輕，小巧便攜，穩(wěn)定可靠，方便實(shí)用等特點(diǎn)，特別適合野外或工業(yè)現(xiàn)場在線檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型實(shí)例提供的第一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本實(shí)用新型實(shí)例提供的第二種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中符號分別表示:A為整個便攜式激光探針儀的探測頭，B為便攜式激光探針儀的主機(jī)系統(tǒng)；1為第一光纖準(zhǔn)直鏡，2為透鏡,3為外殼,4為探針出光口，5為樣品,6為第一位移平臺，7為手柄，8為第二位移平臺，9為控制信號線，10,23均為光纖(為區(qū)分，分別稱之為傳輸光纖和延時光纖)，11為套管，12為微控制器,13為便攜式PC機(jī),14為激光器電源，15為光譜儀,16為光收集器,17為二向色鏡，18為第一光纖I禹合器,19為光闌,20為激光器發(fā)射頭，21為光分束器,22為第二光纖稱合器,24為光合束器,25為第二光纖準(zhǔn)直鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)例提供的第一種便攜式激光探針成分分析裝置主要包括探測頭A和主機(jī)系統(tǒng)B兩部分,其中,探測頭A包括外殼3,第一光纖準(zhǔn)直鏡I,透鏡2,第一位移平臺6，第二位移平臺8，手柄7等；主機(jī)系統(tǒng)B包括微控制器12，便攜式PC機(jī)13，激光器電源14,光譜儀15,光收集器16, 二向色鏡17,第一光纖稱合器18,光闌19,激光器發(fā)射頭20等。
[0034]如圖1所示，探測頭A中的第一光纖準(zhǔn)直鏡I與主機(jī)系統(tǒng)B中的第一光纖耦合器18通過傳輸光纖10連接，用于將主機(jī)系統(tǒng)B中激光脈沖傳輸?shù)教綔y頭A中；同時，探測頭A中收集到的等離子體光譜也是通過傳輸光纖10傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)B中。
[0035]第一位移平臺6和第二位移平臺8均安裝在探測頭A的外殼3內(nèi)，透鏡2安裝在第一位移平臺6上，第一光纖準(zhǔn)直鏡I安裝在第二位移平臺8上。
[0036]本實(shí)用新型所使用的位移平臺是體積小的微型二維位移臺，能向X軸和y軸兩個方向運(yùn)動，優(yōu)選定位精度可達(dá)lOiim，真直度可達(dá)IOiim的二維位移臺。
[0037]第一光纖準(zhǔn)直鏡1、透鏡2和探針出光口 4依次安裝在同一直線上，以便使激光照射到樣品上產(chǎn)生的等離子體光譜經(jīng)透鏡2后入射到第一光纖準(zhǔn)直鏡I中。
[0038]如圖1所不,在主機(jī)系統(tǒng)B中,光收集器16、二向色鏡17和第一光纖I禹合器18在一直線上，用以采集等離子體光譜；光闌19和二向色鏡17在激光器發(fā)射頭20的激光束所在的直線上，二向色鏡17與激光器發(fā)射頭20所發(fā)射的激光束成45度角；激光器發(fā)射頭20、光闌19和二向色鏡17所在的直線與光收集器16、二向色鏡17和第一光纖耦合器18所在的直線垂直。
[0039]如圖1所示，微控制器12上的接口分別與第一、第二位移平臺6、8連接，用于精確控制位移平臺的位置，微控制器12上的USB接口與便攜式PC機(jī)13連接，用于與PC機(jī)之間的通信，從而實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)上精確控制位移平臺的運(yùn)動。微控制器12的I/O端口還分別與光譜儀15和激光器電源箱14的外觸發(fā)輸入端連接，用于觸發(fā)光譜儀和激光器工作；
[0040]同時，也可將激光器的電源箱14的外觸發(fā)輸出端和光譜儀15的外觸發(fā)輸入端通過信號線連接，這樣，可以不通過微控制器12而直接由激光器觸發(fā)光譜儀。
[0041]光譜儀15與光收集器16通過光纖連接，用于采集光譜信號。便攜式PC機(jī)13與光譜儀15通過數(shù)據(jù)線連接，用于實(shí)時顯示光譜儀采集到的光譜信號。
[0042]通過位移平臺6可以精確控制透鏡2的位置，通過PC機(jī)13可以控制位移平臺6，實(shí)現(xiàn)高精度的聚焦，精度可達(dá)10 U m,避免手動調(diào)焦帶來的費(fèi)時費(fèi)力且誤差大等情況，一般將焦點(diǎn)調(diào)節(jié)在探針出光口 4之外的2-4mm處，以保證激光焦點(diǎn)與樣品表面有一個離焦量，使激光打到樣品上產(chǎn)生的等離子體產(chǎn)生的光譜最強(qiáng)烈。當(dāng)激光焦點(diǎn)的離焦量需要變換時，可以通過控制位移平臺6來精確的調(diào)整。
[0043]通過位移平臺8可以精確控制第一光纖準(zhǔn)直鏡I的空間位置，以實(shí)現(xiàn)精確的對準(zhǔn)等離子體羽，可通過PC機(jī)上的軟件來精確控制位移平臺8，精度可達(dá)10 u m,避免因手動調(diào)焦帶來的費(fèi)時費(fèi)力且誤差大等情況。
[0044]透鏡2和第一光纖準(zhǔn)直鏡I的調(diào)節(jié)可以通過軟件控制調(diào)節(jié)，也可以通過手動旋轉(zhuǎn)位移平臺的旋鈕來調(diào)節(jié)。
[0045]所說的探針出光口 4為探測頭與樣品接觸的部分，采用耐高溫的合金材料制成，其頂端圓口的內(nèi)徑大約2-5mm，用于激光從該口發(fā)射出來，同時，激光激發(fā)出的等離子體光譜也是從探針出光口 4入射到探測頭A中。
[0046]所說的二向色鏡17是表面鍍有一層對應(yīng)于激光波長的介質(zhì)全反射膜，對激光的反射率達(dá)到98%以上，而對其他波長的光則是透射，且透過率達(dá)到98%以上。
[0047]所說的光收集器16用來收集光譜，然后通過光纖傳輸?shù)焦庾V儀15中。
[0048]所說的激光器為緊湊型的固體激光器，其包括激光器發(fā)射頭20和激光器電源14兩部分，將其脈沖能量大小設(shè)置為10_20mJ，一方面為了提高分析精度和穩(wěn)定性，另一方面避免能量過大造成樣品表面受到較大的破壞。
[0049]激光器電源14和光譜儀15上帶有外觸發(fā)功能，可在發(fā)射激光脈沖的同時給出一個觸發(fā)信號來觸發(fā)光譜儀開始采集，以實(shí)現(xiàn)激光器與光譜儀之間按照一個預(yù)設(shè)的時序來工作?？梢酝ㄟ^在光譜儀軟件上設(shè)置一個預(yù)定的延時時間，由激光器電源14上產(chǎn)生的觸發(fā)信號直接觸發(fā)光譜儀工作。
[0050]激光器與光譜儀之間的時序，也可以通過微控制器12來控制，具體過程如下:微控制器12產(chǎn)生兩路矩形脈沖信號分別控制激光器和光譜儀，其中這兩路矩形脈沖信號的上升沿之間的延時時間根據(jù)需要由用戶自定義設(shè)置，一般為0.5 y S-1Oy S。
[0051]本實(shí)用新型的第一個實(shí)施例的具體工作過程是:
[0052]激光器發(fā)射頭20產(chǎn)生一個激光脈沖，同時輸出一個觸發(fā)信號給光譜儀15 ;激光脈沖經(jīng)光闌19整形，然后入射到二向色鏡17上，經(jīng)過二向色鏡17的反射后，入射到第一光纖率禹合器18中，然后通過傳輸光纖10傳輸?shù)降谝还饫w準(zhǔn)直鏡I中，經(jīng)過第一光纖準(zhǔn)直鏡I后變成平行光，再經(jīng)過透鏡2聚焦后，經(jīng)探針出光口 4照射到樣品5的表面。在樣品5的表面產(chǎn)生等離子體，由于光路的可逆性，等離子體光譜再經(jīng)過上述路徑返回，然后經(jīng)二向色鏡17的透射，再入射到光收集器16中被收集，再通過光纖傳輸?shù)焦庾V儀15中。
[0053]另一方面，光譜儀15接收到了激光器電源14發(fā)送的觸發(fā)信號后，經(jīng)過一個設(shè)定的時間延時后，光譜儀15開始采集光譜，光譜儀15將采集到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)奖銛y式PC機(jī)13，在PC機(jī)上得到光譜信息，并通過與數(shù)據(jù)庫中的光譜信息進(jìn)行對比分析，確定出樣品所含的元素種類及其含量并顯示給用戶。
[0054]本實(shí)用新型實(shí)例也可以將圖1中的BI部分換成圖2中所示的結(jié)構(gòu)。與第一種【具體實(shí)施方式】不同的是，第二種【具體實(shí)施方式】采用雙脈沖激發(fā)的方式，能夠有效的降低探測極限，提高等離子體光譜的信背比和穩(wěn)定性，適合在一些對探測極限，穩(wěn)定性和信背比要求較高的情況下使用。
[0055]如圖2所示，第二種實(shí)施方式中的BI部分主要增加了分束器21，第二光纖耦合器22，合束器24，第二光纖準(zhǔn)直鏡25等。
[0056]如圖2所示，激光器發(fā)射頭20與光闌19、分束器21、合束器24依次安裝在一條直線上；第二光纖耦合器22安裝在分束器21的一個輸出端；第二光纖準(zhǔn)直鏡25安裝在合束器24的一個輸入端；第二光纖稱合器22和第二光纖準(zhǔn)直鏡25通過一根延時光纖23相連，延時光纖23起到光學(xué)延時的作用。
[0057]激光束經(jīng)過分束、延時、合束之后產(chǎn)生的雙脈沖中的第二個激光脈沖與第一個激光脈沖的時間間隔tl是可以根據(jù)延時光纖23的長度來計算:tl=L/v，其中L為光纖長度，V為激光在空氣中傳播的速度，一般延遲時間根據(jù)用戶需要可設(shè)為0.5-10 u s不等，也可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間tl來選擇光纖23的長度，光譜儀設(shè)置為在雙脈沖中的第二個脈沖照射到樣品之后開始米集。
[0058]激光器與光譜儀之間的時序，可以通過微控制器12來控制，具體方法是:微控制器12產(chǎn)生2路矩形脈沖信號分別來觸發(fā)激光器和光譜儀，其中這2路矩形脈沖信號的上升沿之間的延時時間tdelay = ti+t2+t3，其中是激光在延時光纖23中傳輸所用的時間，&是為了避免采集到等離子體光譜中的軔致輻射連續(xù)背景光譜而延時的一個時間，t3為光譜儀系統(tǒng)本身的反應(yīng)時間。
[0059]激光器與光譜儀之間的時序，也可以不通過控制器12來控制，直接在光譜儀軟件上設(shè)置一個合適的延時時間tdelay，來確保光譜儀正好采集到第二個激光脈沖之后的等離子體光譜，tdelay如上文所述。
[0060]本實(shí)用新型的第二種【具體實(shí)施方式】的工作過程是:
[0061]如圖2所示，激光器發(fā)射頭20產(chǎn)生一個激光脈沖，同時輸出一個觸發(fā)信號給光譜儀15 ;激光脈沖經(jīng)光闌19整形，然后到分束器21的輸入端，經(jīng)分束器21分成兩路光束輸出，其中一路光束直接輸入到光合束器24的一個輸入端，另一路光脈沖經(jīng)第二光纖耦合器22耦合進(jìn)延時光纖23，經(jīng)過延時光纖23的光學(xué)延時后，通過第二光纖準(zhǔn)直鏡25變成平行光輸入到合束器24的另一輸入端。這樣，兩路光脈沖經(jīng)合束器24合束后，變成了一個在時間上分隔的雙脈沖激光。
[0062]其余工作過程與第一種【具體實(shí)施方式】中的相同，其中，激光器發(fā)射激光的時間和光譜儀開始采集之間的延時時間tdelay如上文第二種實(shí)施方式中所述。
[0063]以上所述為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，但本實(shí)用新型不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以，凡是在不脫離本實(shí)用新型所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式激光探針成分分析裝置，包括探測頭和主機(jī)系統(tǒng)兩部分，其特征在于，所述探測頭包括外殼(3)、第一光纖準(zhǔn)直鏡(I)和透鏡(2);所述主機(jī)系統(tǒng)包括微控制器(12)、便攜式PC機(jī)(13)、激光器電源(14)、光譜儀(15)、光收集器(16)、二向色鏡(17)、第一光纖稱合器(18),光闌(19)和激光器發(fā)射頭(20)； 外殼(3)的一端開有探針出光口(4)，透鏡(2)安裝在第一位移平臺(6)上，第一光纖準(zhǔn)直鏡(I)安裝在第二位移平臺(8 )上，且第一光纖準(zhǔn)直鏡(I)、透鏡(2 )和探針出光口( 4 )依次位于第一光路上； 光闌(19)和二向色鏡(17)在激光器發(fā)射頭(20)的第二光路上，二向色鏡(17)與激光器發(fā)射頭(20)所發(fā)射的激光束成45度角；光收集器(16)、二向色鏡(17)和第一光纖I禹合器(18)依次位于第三光路上，所述第三光路與第二光路垂直； 第一光纖準(zhǔn)直鏡(I)與第一光纖稱合器(18)通過傳輸光纖(10)連接,用于將主機(jī)系統(tǒng)B中激光脈沖傳輸?shù)教綔y頭A中，并將探測頭A中收集到的等離子體光譜傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)B中； 微控制器(12)分別與第一、第二位移平臺(6、8)電信號連接，用于控制位移平臺的位置，微控制器(12)與便攜式PC機(jī)(13)通信連接； 光譜儀(15)與光收集器(16)通過光纖連接，用于采集光譜信號；便攜式PC機(jī)(13)與光譜儀(15)通過數(shù)據(jù)線連接，用于實(shí)時顯示光譜儀采集到的光譜信號； 微控制器(12)與激光器電源箱(14)電信號連接，用于觸發(fā)激光器發(fā)射頭(20)工作；激光器的電源箱(14)或者微控制器(12)與光譜儀(15)電信號連接，以觸發(fā)光譜儀工作(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光探針成分分析裝置，其特征在于，所述主機(jī)系統(tǒng)還包括設(shè)置在激光器發(fā)射頭(20)與二向色鏡(17)之間的分束器(21),第二光纖稱合器(22)，合束器(24)和第二光纖準(zhǔn)直鏡(25);激光器發(fā)射頭(20)與光闌(19)、分束器(21)和合束器(24)依次位于所述第一光路上,第二光纖稱合器(22)安裝在分束器(21)的一個輸出端；第二光纖準(zhǔn)直鏡(25)安裝在合束器的一個輸入端；第二光纖稱合器(22)和準(zhǔn)直鏡(25)通過延時光纖(23)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光探針成分分析裝置，其特征在于，透鏡(2)的焦點(diǎn)用于探針出光口(4)之外的2mm-4 mm處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光探針成分分析裝置，其特征在于，探針出光口(4)的頂端圓口的內(nèi)徑為2mm_5 mm。
【文檔編號】G01N21/71GK203465202SQ201320609684
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】曾曉雁, 曾慶棟, 李祥友, 郭連波, 段軍, 沈萌, 郝中騏, 賀超, 于洋, 任昭, 呂金萍 申請人:武漢新瑞達(dá)激光工程有限責(zé)任公司, 華中科技大學(xué)