[发明专利]激光诱导击穿光谱原位分析仪

权利要求书

1.一种激光诱导击穿光谱原位分析仪，由激发光源系统、激光光束整形系统、分光系统、高速信号采集系统、信号解析系统、样品室真空系统、连续激发同步扫描定位系统、样品表面成像系统组成；分光系统处于整个仪器的中心，激发光源系统和分光系统通过螺丝固定到分光系统上方，样品室真空系统固定到分光系统的入光口处，连续激发同步扫描定位系统位于封闭的样品室真空系统内，样品表面成像系统固定于样品室真空系统上方，高速信号采集系统放置在样品室真空系统下侧，通过光电倍增管和分光系统相连接；激光光源系统产生的激光光束通过光束整形系统处理后聚焦于样品表面；样品室真空系统给样品室提供密闭环境以便充入保护气；分光系统和信号采集系统通过光电倍增管相互连接，在样品表面产生的等离子体光谱经过分光系统之后被光电倍增管转换成电信号；信号解析系统对该信号进行处理和计算，输出样品中元素种类、含量、以及深度分布分析或原位统计分布分析结果。

2.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，激发光源系统为高能量窄脉冲激光器；该激光器包括泵浦电源、水冷系统、谐振腔(1)；泵浦电源通过电缆与谐振腔相连，水冷系统通过管路连接到激光器谐振腔；激发光源系统中的激光器谐振腔(1)固定在分光系统的上方。

3.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，激光光束整形系统由衰减器(2)、扩束器镜片I(3)、扩束器镜片II(4)、高能激光反射镜(6)、激光聚焦透镜(7)组成；衰减器(2)、扩束器镜片I(3)、扩束器镜片II(4)水平方向固定在分光系统上方，高能激光反射镜(6)把水平方向传输的激光光束变为垂直传输；激光光束被激光聚焦透镜(7)在样品表面附近聚焦；衰减器(2)对激光器输出的激光进行衰减，扩束器镜片I(3)、扩束器镜片II(4)调节激光光斑的大小。

4.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，分光系统由光纤(24)、滤波片(25)、入射狭缝(13)、单色计(14)和出射狭缝(27)组成；其作用是把不同波长的光色散为单色光，并按波长顺序进行空间排列，以获取不同元素的光谱；入射狭缝(13)和出射狭缝(27)处于单色计(14)的同一侧；出射狭缝的狭缝个数n为3～55个，形成3～55个线状谱线通道，同时分析样品中的多个元素；由入射狭缝(13)进入的一少部分复合光经光纤传输至滤波片(25)，过滤出特定波长范围的单色光。

5.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，高速信号采集系统由光电倍增管阵列(16)、电路采集装置(17)组成；高速信号采集系统作用是将分光系统产生的元素分析谱线光强信号，通过光电倍增管阵列(16)转化为光电流信号，然后经过积分放大电路板、高速A/D转换后，以数字方式存储；高速信号采集系统通过光电倍增管阵列(16)和分光系统相连接。

6.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，信号解析系统由计算机(19)和打印机(26)组成，两者通过数据线相连；计算机装载专用的应用模块；该专用的应用模块包括系统控制模块、信号采集转换模块、信号处理及图像显示模块；系统控制模块监测并控制系统状态，包括温度、压强；信号采集转换模块把从下位机采集到的原始信号传给信号处理及图像显示模块，信号处理及图像显示模块分析、处理数据并显示到人机交互界面。

7.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，样品室真空系统由样品室(10)、机械泵(22)、气阀I(11)、气阀II(12)、外围控制系统组成；样品室(10)内放置位移平台，样品架，顶端有通光孔(31)；样品室门为单边开合式，有效解决样品室的密封性问题；激光光束通过通光孔(31)进入样品室(10)和样品表面发生作用；密封电路板把样品室内的电路端口接入外围控制系统。

8.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，连续激发同步扫描定位系统由升降台(29)、X轴导轨(28)、Y轴导轨(9)、样品架(30)以及安装在X轴(28)、Y轴导轨(9)两端的步进电机驱动器组成；升降台(29)通过底部支架固定在样品室内部底端，X轴导轨(28)、Y轴导轨(9)固定在升降台(29)上侧；Y轴导轨(9)上放置样品架(30)；X轴导轨(28)和Y轴导轨(29)叠放在一起，成九十度角。

9.按照权利要求1所述的分析仪，其特征在于，样品表面成像系统由局部微观摄像头(5)、样品表面全景摄像头(8)和视频信号转换模块组成；局部微观摄像头(5)位于高能激光反射镜(6)正上方，样品表面全景摄像头(8)在激光聚焦透镜(7)下方，激光光路的一侧；局部微观摄像头(5)和样品表面全景摄像头(8)采集到的视频信号经导线(18)传输到上位机(19)，由上位机视频信号转换模块(19)处理后，显示样品表面的清晰图像。