[实用新型]快脉冲火花放电等离子体光谱检测装置的信号增强单元

说明书

技术领域

本实用新型属于等离子光谱检测技术领域，具体是一种快脉冲火花放电等离子光谱检测装置的信号增强单元。 

背景技术

激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS），作为原子发射光谱的一种，是近些年逐渐兴起的一种光谱检测技术。LIBS技术同时可以检测固体、液体、粉末、气体等各种形式的样品，也是唯一能够在任何环境下同时检测多种元素含量的光谱技术。LIBS技术还具有快速、实时、无需样品准备、微损耗、多元素同时分析等特点。目前，LIBS技术的应用领域广泛，包括传统的化学分析还有环境监测、工业在线测量、生物技术、文物保护、核工业、深空探测、海洋科学、表面分析等。 

传统的LIBS系统是由Nd:YAG调Q激光器发出激光光束，经过透镜汇聚在待测样品表面，使之表面上微量物质气化、电离、激发，形成高温等离子体；通过光学系统收集等离子体发射的元素的谱线，经过光纤耦合到光谱仪；光谱仪再将光谱数据传输到计算机中进行处理。 

但在实际应用中，LIBS检测存在灵敏度较低、检出限过高的不足，限制了该技术更深入的发展和更广泛的应用。为充分发挥LIBS的技术优势，增强信号的强度和降低LIBS检出限是LIBS技术的重要发展方向。 

中国专利文献CN101696936公开了一种激光诱导放电增强等离子光谱检测装置。包括由YAG激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、载物台和数据分析单元,其特征在于所述的等离子检测装置设有一高压快放电回路组成的信号增强单元。该技术既继承了传统的LIBS技术的各项优势,又具有更强的信号强度、更低的样品检出限和更高的稳定性等特点,较之DP-LIBS技术和LIBS-LIF技术检测系统装备简单、易于操作,且成本较低,有更好的实用性。 

但是由于该装置的放电回路设计不够紧凑、简洁，采用了简单且较长的铜导线和普通的高压电容，使得该放电回路放电效率还是不够理想，放电过程中电流过大且电流变化过快，引起电感过大，电容中的能量沉积到激光等离子体羽中的效率较低。 

具体的原因是：首先连接铜导线较长，导电截面小，普通高压电容分布电感过大，导致了整个放电过程中分布电感以及回路电阻都较大。一方面，由于分布电感较大，放电电流变化速度较慢，使得放电功率不够强；另一方面，由于放电回路的电阻过大，在放电过程中放电回路消耗了相当部分的电能，导致电容中的能量沉积到激光等离子体羽中的效率较低。因 此，放电过程对激光等离子体的激发并不充分，等离子体的温度不够高，电子密度较低，限制了光谱增强倍数和信噪比的提高。检测效果和实用性也就不够理想。 

发明内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种改进型等离子光谱检测装置的信号增强单元，为了尽量减小电路中的电感，采取了两个措施，一是缩短了电路的回路长度，二是采用电感更小的低电感电容，以保证电流变化的速度。 

本实用新型的技术路线是： 

快脉冲火花放电等离子体光谱检测装置信号增强单元，包括直流电源、高压二极管、电感、电容和由两个放电电极组成的放电器，放电器与电容并联后，与电感和高压二极管串联，其特征在于所述信号增强单元采用金属片直接连接电容和电极，所述电容采用低电感电容。 

所述金属片为紫铜片。 

所述电极和电容夹持于对称设置的两片金属片中。 

所述低电感电容的容量为4～30nf。 

所述紫铜片宽度为12mm。 

所述紫铜片长度为4-6cm。 

所述金属片长度为5cm。 

新放电回路设计的要求是，一方面要尽量缩短放电回路的长度，以减小放电回路的分布电感和电阻，同时采用较宽的紫铜片连接电容与电极，进一步减小放电电阻；另一方面在实际检测中，样品和电容之间要足够的空间，以更换或移动样品。本设计中选用低感高压电容并采用具有一定宽度的紫铜片连接电容与电极，减小回路分布电感，紫铜片导电截面比常用的导电线增大很多，回路电阻减小，有利于降低回路中的消耗的电功率，进一步提高能量沉积效率；采用我们选择的低感小功率放电电容，一般长度为5cm紫铜片即可满足上述要求。此外，根据使用电容大小的不同，紫铜片的宽度和长度可适当调整。