一種石英音叉式激光擊穿檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種使用石英音叉的光聲光譜法的激 光誘導擊穿檢測裝置，適用于物質(zhì)濃度定量分析。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光誘導擊穿光譜法是一種激光燒灼式光譜分析方法，激光經(jīng)過透鏡聚焦到待測 物質(zhì)上（可以是固體、液體或氣體），當激光的能量密度大于待測物質(zhì)擊穿閾值時，先會產(chǎn) 生納米例子云團，激光繼續(xù)照射就會產(chǎn)生等離子體，這種等離子體的局部能量密度及溫度 非常高，用光譜儀收集待測物質(zhì)等離子體表面產(chǎn)生的發(fā)射譜線的信號，就可以根據(jù)發(fā)射譜 線的強度而定量分析里面物質(zhì)的濃度。
[0003] 分子光譜學的氣體檢測技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、可實時在線檢測等優(yōu)點，近 年來備受人們關(guān)注，尤其是光聲光譜，更是具有對光源波長無選擇性而被廣泛應用。傳統(tǒng) 的光聲光譜采用麥克風對聲波進行探測，2002年美國萊斯大學率先使用石英音叉代替麥克 風，使得裝置的體積大大減小，取得了較理想的效果。
[0004] 目前，目前的激光誘導擊穿光譜法的檢測極限為ppm量級，還存在檢測靈敏度較 低的問題。而用光聲光譜法直接檢測固體物質(zhì)，由于存在譜線加寬問題而導致檢測靈敏度 下降以及譜線難以區(qū)分的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有更高檢測靈敏度 石英音叉式激光擊穿檢測裝置。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案為：
[0007] -種石英音叉式激光擊穿檢測裝置，包括光聲吸收腔、激發(fā)光源、激發(fā)光源控制 器、檢測光源、檢測光源控制器、檢測光調(diào)制單元、石英音叉探測器、信號放大單元和主機， 其中：
[0008] 所述光聲吸收腔包括腔體、入射窗口、激發(fā)光入射窗、樣品池以及氣口；腔體上設(shè) 置可關(guān)閉的氣口，一端設(shè)置入射窗口，關(guān)閉氣口后光聲吸收腔為密封腔；腔體留有激發(fā)光入 射窗；激發(fā)光源的激發(fā)光通過激發(fā)光聚焦透鏡后從激發(fā)光入射窗入射光聲吸收腔，檢測光 源的檢測光通過檢測光聚焦透鏡后從入射窗口入射光聲吸收腔；
[0009] 所述石英音叉探測器位于光聲吸收腔內(nèi)，包括共振管和石英音叉；共振管軸線與 所述檢測光光路同軸，共振管下部有一個開口槽；石英音叉位于所述開口槽處，其兩個振臂 分置于共振管軸線兩側(cè)，振臂平面與共振管軸線平行；共振管上還設(shè)置有徑向貫通管身的 兩個透光口；所述樣品池位于腔體中，待測物質(zhì)置于樣品池中，通過激發(fā)光入射窗的入射激 發(fā)光穿過共振管上的兩個透光口后對準下方的樣品池；
[0010] 所述激發(fā)光源控制器連接控制激發(fā)光源；所述檢測光源控制器連接控制檢測光 源；主機連接激發(fā)光源控制器、檢測光源控制器和信號放大單元；檢測光調(diào)制單元設(shè)置于 檢測光源出射光路中或連接調(diào)制檢測光源控制器。
[0011] 優(yōu)選的，所述檢測光調(diào)制單元為調(diào)制器，設(shè)置于檢測光源和檢測光聚焦透鏡之間， 與信號放大單元相連。
[0012] 進一步優(yōu)選的，所述調(diào)制器為電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器或磁光調(diào)制器。
[0013] 另一優(yōu)選的，所述檢測光調(diào)制單元為函數(shù)發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器連接控制檢測光源 控制器，并與信號放大單元相連。
[0014] 進一步優(yōu)選的，所述檢測光源為半導體激光器。
[0015] 全部優(yōu)選的，所述樣品池為移動樣品池，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)在光聲吸收腔中的位置。
[0016] 作為前述全部方案的優(yōu)選，所述信號放大單元由前置放大器和鎖相放大器組成， 石英音叉信號輸出端連接前置放大器，鎖相放大器同時連接檢測光調(diào)制單元、主機和前置 放大器。
[0017] 本實用新型技術(shù)方案在一個吸收腔中放置待測物質(zhì)、石英音叉及共振管，激發(fā)光 聚焦入射到待檢測物質(zhì)上，待檢測物質(zhì)由于吸熱而形成納米粒子云團并擴散到腔中，檢測 光入射到共振管中被納米粒子云團中的成分吸收而產(chǎn)生光聲效應，通過石英音叉探測到的 聲波強度而推算云團中物質(zhì)的含量，進而推算待測物質(zhì)中某一成分的含量。
[0018] 本實用新型技術(shù)方案的有益效果為：結(jié)合激光誘導擊穿光譜法和光聲光譜法，提 高激光誘導擊穿方法的檢測極限；以石英音叉作為探測裝置，有效的簡化了檢測系統(tǒng)；同 時由于光聲吸收腔中被抽真空，所以被激發(fā)的納米粒子云團在腔中擴散而有很小的氣壓， 譜線加寬效應很小，被探測的譜線容易和其它譜線區(qū)分，且噪聲很小，提高了檢測靈敏度。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型石英音叉探測器結(jié)構(gòu)立體圖；
[0020] 圖2為本實用新型石英音叉探測器工作狀態(tài)示意圖；
[0021] 圖3為實施例1檢測裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4為實施例2檢測裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 其中：
[0024] 1 :光聲吸收腔；1-1 :腔體；1-2 :入射窗口；1-3 :出射窗口；1-4 :激發(fā)光入射窗； 1-5 :移動樣品池；1-6 :氣口；2 :激發(fā)光源；2-1 :激發(fā)光源控制器；3 :檢測光源；3-1 :檢測 光源控制器；3-2 :調(diào)制器；3-3 :函數(shù)發(fā)生器；4 :石英音叉探測器；4-1 :共振管；411 :開口 槽；412 :透光口；4-2 :石英音叉；421 ;振臂；5 :信號放大單元；5-1 :前置放大器；5-2 :鎖相 放大器；6 :主機；7 :待測物質(zhì)；
[0025] A :激發(fā)光；B :檢測光；Ml :激發(fā)光聚焦透鏡；M2 :檢測光聚焦透鏡。
【具體實施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖通過實施例對本實用新型做進一步說明，以便更好地理解本實用新 型。
[0027] 實施例1
[0028] 圖1、圖2所示為本實用新型石英音叉探測器的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，主要由共振管 4-1和石英音叉4-2組成，石英音叉4-2有兩個振臂421，振臂421的平面與共振管4-1軸向 平行，石英音叉4-2受到外部的激勵后兩個振臂421會產(chǎn)生往復振動。石英音叉4-2下部 有兩個電極，一個與信號地連接，另外一個用于輸出因振動而產(chǎn)生的電信號。石英音叉4-2 的兩個振臂421位于共振管4-1下部的一個開口槽411處，共振管4-1的軸線與檢測光B光 路同軸，檢測光B通過共振管4-1時被待測物質(zhì)7吸收，由于待測物質(zhì)7的碰撞退激發(fā)而釋 放聲能，聲能在共振管4-1中逐步積累，再傳遞給石英音叉4-2引起兩個振臂421的振動， 然后石英音叉4-2通過壓電效應把機械振動能轉(zhuǎn)換為電信號，而電信號的強度正比于被檢 測物質(zhì)7成分的濃度。共振管4-1上還設(shè)置有一對上下貫通管徑的透光口 412,用于讓入射 光聲吸收腔1的激發(fā)光A通過共振管4-1，下方的透光口 412在圖中未標出。
[0029] 本實施例光聲吸收腔1的腔體I-I兩端相對嵌置有入射窗口 1-2和出射窗口 1-3 以供檢測光穿過，由于本實用新型采用光聲吸收方式，因此也可不設(shè)置出射窗口 1-3以簡 化結(jié)構(gòu)；為便于將待測物質(zhì)調(diào)節(jié)到所需位置，樣品池采用可升降的移動樣品池1-5。
[0030] 本實施例元件的參數(shù)為，共振管4-1長度8mm，外直徑為0. 7mm，內(nèi)直徑為0. 45mm ; 開口槽411寬度為0· 15mm，長度為0.45mm;透光口 412寬度為0.25mm，長度為0.25mm。上 述尺寸可根據(jù)實際情況適當選擇。
[0031 ] 如圖2所示，檢測時先在移動樣品池1-5中放入標準樣品，然后光聲吸收腔1被抽 真空以防止空氣中其它成分的干擾。激發(fā)光A通過激發(fā)光聚焦透鏡Ml和激發(fā)光入射窗1-4 聚焦到標準樣品上，激發(fā)光A的照射