[发明专利]确定激光诱导等离子体处于光学薄时间窗口的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于激光光谱技术应用领域，主要是一种确定激光诱导等离子体处于光学薄时间窗口的方法及装置。

背景技术

在利用激光诱导等离子体技术进行元素含量分析时，测量的基础是基于如下解析式：

其中为测得的谱线强度，λ为谱线的特征波长，k、i分别为特征谱线对应的电子跃迁高、低能级，C_S为被测元素浓度，F为与测量装置有关的参数，A_ki为跃迁几率，E_k为高能级能量，g_k为高能级简并度，k_B为Boltzmann常数，U_S(T)为配分函数，T为等离子体温度。

上式必须在满足局部热平衡态(LTE)和光学薄(Optically Thin)的条件下才成立。在不考虑等离子体是否处于光学薄状态就利用(a)式对元素浓度反演是造成利用激光诱导等离子体技术分析精度不能进一步提高的一个重要原因。

也即只有激光诱导等离子体在处于LTE和光学薄的状态下，才能由式①确定出准确地分析出被测元素的含量。

因此，判断激光诱导等离子体是否处于光学薄状态就成为制约利用该技术的瓶颈。这个状态对应一个光学薄时间窗口，在这个时间窗口进行光谱采集并利用(a)式进行被测元素的含量的计算才是正确的。

发明内容

本发明为解决目前利用激光诱导等离子体技术中存在难以判断等离子体是否处于光学薄状态导致待测元素浓度分析不准确的技术问题，提供一种确定激光诱导等离子体处于光学薄时间窗口的方法及装置。

本发明给出在LTE下光学薄状态时间窗口的一种确定方法。

本发明所述的确定激光诱导等离子体处于光学薄时间窗口的方法是采用以下技术方案实现的：一种确定激光诱导等离子体处于光学薄时间窗口的方法，包括如下步骤：

(1)、对处于局部热平衡态下的等离子体，首先计算两个上能级相同的辐射谱线理论强度比：

式中：C_theo是在电离态Z下两个上能级相同的等离子体辐射谱线理论强度比，I_1,theo、I_2,theo分别是两个上能级相同的辐射谱线理论强度，λ_nm,Z、λ_ki,Z分别是在电离态Z下两个辐射谱线的对应波长，A_ki,Z、A_nm,Z分别是E_k,Z－E_i,Z，E_n,Z－E_m,Z跃迁几率，g_k,Z、g_n,Z分别是两个辐射谱线对应的简并度，E_k,Z、E_n,Z分别是在电离态Z下两个辐射谱线跃迁前对应的上能态，E_i,Z、E_m,Z分别是在电离态Z下两个辐射谱线跃迁后对应的下能态，k_B是波尔兹曼常数，T是等离子体温度；

(2)、针对处于局部热平衡态下的等离子体，测量在电离态Z下两个上能级相同的等离子体辐射谱线在不同延时下的实际强度并计算比值：

式中I_1,nΔt,meas、I_2,nΔt,meas分别是两个上能级相同的辐射谱线在nΔt时刻的测量强度，n＝1,2,3……，Δt为设定的时间间隔，

这样获得一个以延时排序的光谱测量数组；

(3)、以①中计算的理论强度比为标准值匹配测量值，可以在②获得的测量数组中，找到一个或几个值使：

C_theo≈C_nΔt，|_n＝INT③

或C_theo＝C_nΔt，|_n＝INT④

(4)、得到等离子体处于光学薄的延时测量时间窗口：

n_win＝INT·Δt⑤

(5)、在这个时间窗口里等离子体态处于光学薄状态。