[发明专利]一种用于激光诱导检测的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型激光诱导检测装置的激光导入光学系统，特别是涉及一种将激光汇聚在被检测物质的表面，通过激光所激发等离子体光谱得到被检测材料成分，或通过激光在材料内部及表面所激励的超声进行分析得到材料内部缺陷的激光导入光学系统，属于激光诱导检测领域。

背景技术

激光诱导等离子体光谱(Laser Induced Plasma Spectroscopy，LIPS)检测技术，是一种利用脉冲激光烧蚀物质产生等离子体，通过等离子体发射光谱来定性或定量研究物质成份的分析技术。它具有适用范围广、分析速度快、测量破坏性小、可远程非接触测量以及可实现实时检测等优点。激光诱导等离子体光谱技术是基于激光和材料相互作用产生的发射光谱的一种定量分析技术，该方法在测量过程中只需几微克，可实现非破坏测量，并且无需样品预处理即可实现对任何物理状态物质的元素分析。激光诱导等离子体光谱技术可通过定标对物质中的元素进行定量分析，且检测限和精密度完全满足应用需求，现已广泛应用于众多领域。

另一方面，激光诱导超声检测技术是利用激光来激发和检测超声的无损检测技术，激光聚焦在被测材料表面后，被照射材料会发生膨胀，形成热弹效应或者融蚀作用。热弹效应或者融蚀作用可以激发出以激光照射点为源的超声波。与传统的压电超声检测技术相比，激光诱导超声检测技术具有非接触、宽带以及点发射接收等优点。因此激光诱导超声检测技术在材料表征、缺陷检测、加工过程监测，以及复杂形貌的工件或高温、高压、腐蚀、辐射等特殊环境下设备的检测或监测中得以应用。

目前国内外有一些专利进行了这方面的保护，比如申请号为200780101871.0的激光超声无损检测装置，将激光通过透镜汇聚到材料上面后，通过折叠行进来实现对大面积的扫描检测。申请号为US2003/0172736A1的专利，介绍了一种采用光纤结构的激光诱导超声检测系统，该系统将激光诱导超声激励源与激光诱导超声检测信号透镜同轴整合实现检测。美国专利US7671349B2保护了一种激光诱导等离子体的装置，采用一种包含凹面反射镜的收集结构实现将激光汇聚到被检测的物质上，结构紧凑，较为实用。

对于激光诱导等离子体光谱技术和激光诱导超声检测技术，均需要光学系统将激光汇聚在被检测材料的表面，来实施激光诱导。诱导的激光通常采用透镜聚焦，这种方式面临的最大问题是焦点尺寸比较小，一旦被检测材料到聚焦透镜的间距发生波动，就会影响检测的实施。对于激光诱导等离子体光谱技术，当焦点在材料表面之上时，就会发生气体击穿，使得监测得到的光谱是空气光谱而不是被检测材料的光谱；对于激光诱导超声检测技术，当诱导激光恰好汇聚到材料表面上时，就会发生损伤，破坏被检测件。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的激光诱导检测技术中的光学导入系统，用来解决激光诱导等离子体光谱技术和激光诱导超声检测技术在实施过程中的导入激光调节问题。本发明通过将激光分束，并控制单束激光能量在诱导激励的阈值之下，而多束合并时又处于激励阈值之上的方法来实现诱导的调节控制，并能够同时避免激光聚焦在被检测材料的上，或者导致气体击穿的问题。

本发明的目的是这样实现的：

本发明涉及的用于激光诱导检测的光学系统，如图1和图2所示，包括：外套筒1、分光棱镜2、分光遮挡板3、光束选择挡板4、聚光套筒5，还可以将聚光套筒5替换成反射镜组6，或者增加电动控制器7，或者增加聚焦透镜组8。

在所述的技术方案中，所述的外套筒1用来将诱导激励的激光束汇聚到被检测的材料表面上；

在所述的技术方案中，所述的分光棱镜2用来将诱导用的入射激光分散成多束；

在所述的技术方案中，所述的分光遮挡板3用来透过分束后的激光，并遮挡被光束选择挡板4反射的激光，避免散射干扰；

在所述的技术方案中，所述的光束选择挡板4用来对入射的多束激光进行选择，控制其中的部分或全部透过；

在所述的技术方案中，所述的聚光套筒5内壁可以是棱台面、圆台面或者组合曲面，由金属抛光或者其他材料镀膜构成，用来反射并改变多束诱导激光的方向，使多束诱导激光共同汇聚在一个面上。

在所述的技术方案中，所述的反射镜组6可以由金属抛光或者玻璃等材料镀膜构成，可以是平面也可以是凹面或者凸面，功能与聚光套筒5相同。

在所述的技术方案中，所述的电动控制器7内部包括驱动电机和传动机构，用来实现分光遮挡板3、光束选择挡板4、聚光套筒5的电动控制。