[实用新型]激光诱导击穿光谱分析系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于组成物质元素定性和定量分析的装置。

背景技术

随着激光技术的快速发展，人们对物质微量元素认识需求的不断提高，激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy简称LIBS）技术近年来成为备受关注并迅速发展的一种基于激光与材料相互作用的原子发射光谱分析新技术。通过对低能量窄脉宽脉冲激光聚焦于样品表面产生的等离子体光谱信号进行分光与检测，得到待测样品中元素的信息，最终计算样品定性和定量的元素。该技术具备以下优势：对样品表面要求不高，不受材料类型、表面形貌、状态、导电性等限制，一般不需前处理，样品损耗小，响应迅速，能够实现多元素同时快速分析；具有非接触分析的特点，易于遥感控制，可用于远距离在线快速检测激光诱导击穿光谱技术已经广泛应用于钢铁、有色、煤炭、地质、考古、环境等行业。

但迄今为止，该技术尚停留在理论设计层面，国内尚未能实践LIBS技术，国外或有研制装置，但仅能实现定性判断，不具备定量分析的功能。

实用新型内容

本实用新型提供了一种激光诱导击穿光谱分析系统，以实现定性和定量分析样品的组成元素及其含量。

为实现以上实用新型目的，本实用新型给出以下基本技术方案：

激光诱导击穿光谱分析系统，包括控制单元、脉冲激光器和沿脉冲激光出射方向依次设置的分束器、用以放置待测样品的可移动定位平台、光谱收集单元、光谱仪以及数据处理系统；所述分束器将脉冲激光器的出射光脉冲按照设定的能量分配比例分出主光路和采样光路，在主光路上依次设置有激光扩束准直及聚焦光学系统、与所述可移动定位平台构成反馈控制的样品定位单元，在采样光路上分别设置有脉冲激光能量测量模块、脉冲触发延迟单元，其中，脉冲激光能量测量模块的信号输出端连接至控制单元的第一输入端，脉冲触发延迟单元依次通过触发信号产生单元、延迟控制电路方波信号输出连接至控制单元的第二输入端，所述双光束样品定位单元的信号输出端连接至控制单元的第三输入端；控制单元具有多路控制信号输出，各控制信号输出端分别对应接至样品定位单元、可移动定位平台、光谱仪；光谱仪的数据输出端连接至数据处理系统。

基于上述基本技术方案，本实用新型还可以作如下优化限定和改进：

上述样品定位单元包括双光束光源系统和相机，双光束光源系统发出的两束激光以所述主光路的光轴对称并以固定角度照射在待测样品表面；相机用于拍摄待测样品表面的光斑，与可移动定位平台构成反馈控制。当实验环境照度较低时，也可以设置LED照明灯。双光束样品定位单元工作模式可以是：双光束光源系统通电，LED通电，相机通电，可移动定位平台启动；双光束样品定位单元结束工作，双光束断电，LED断电，相机停止拍照，可移动定位平台关闭。

上述光谱收集单元通过光纤耦合连接至光谱仪，光谱收集单元具体优选卡塞格林望远系统。激光激发出来的光谱以2π立体角向外扩展，为了更好地获取光谱信息，故采用光纤作为接收部件（对卡塞格林望远系统只需稍作常规的适应性调整），然后将接收到的光信号输入光谱仪进行光电转化。

上述脉冲触发延迟单元接收来自脉冲激光能量测量模块光入射面的漫反射。激光光束经过分束器后探测光被脉冲激光能量测量模块漫反射进入脉冲触发延迟单元，输出方波信号，用来触发光谱仪采集光谱。

上述样品定位单元始终固定设置于主光路上，整体以主光路的光轴对称，样品定位单元固定板中心开孔，其结构保证对经过激光扩束准直及聚焦光学系统后的激光光束无影响。当然，也可以在脉冲激光器开始工作前移开该样品定位单元，这样样品定位单元也就不必要求无遮挡的结构。

上述分束器的入射面与主光轴夹角最好设置为45°。

上述可移动定位平台的外部还设置有光罩，这样可以防止外界光干扰，同时也便于给光谱收集单元留一定的接入口，让电动三维平移架外接线路方便留有接口。

上述脉冲激光器的工作波长优选1064nm、532nm或256nm，脉冲能量80-120毫焦，脉冲宽度6-9纳秒；所述分束器采用10:90分光镜，即脉冲激光经该分束器透射90%光能量反射10%光能量。

本实用新型的工作过程主要包括以下步骤：

（1）调整待测样品位置