[发明专利]一种激光诱导击穿光谱检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种激光诱导击穿光谱检测装置及检测方法，包括光谱仪、计算机、激光光源、分光镜、第一透镜和第二透镜、空心光纤、刻度盘、光谱仪耦合探头；计算机控制光谱仪和激光光源的工作；分光镜将激光光源发出的单光束分开成相互垂直的两束激光，一束经过第一透镜聚焦到被测样品上实现预烧蚀，另一束激光经第二透镜聚焦到空心光纤中，从而对被测样品进行再烧蚀；刻度盘对经第一透镜聚焦到被测样品的光束与经第二透镜聚焦到空心光纤中光束的光束夹角进行标定，上述光束夹角能够在预定范围内自由调节；光谱仪耦合探头耦合激光诱导的等离子体光并传输到光谱仪中。通过采用上述技术手段，实现自由角度的探测，提高发射谱线的强度。

技术领域

本发明涉及光学设计和材料检测领域，尤其涉及一种激光诱导击穿光谱检测装置及检测方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)，是一种典型的发射光谱分析方法。由于激光具有良好的光束质量，聚焦到待测材料上的作用点极小，且激光和材料相互作用只发生在材料表面，破坏仅有微米量级，故可视为无损测量；同时激光具有良好的方向性，利用光纤传导或望远系统，可以实现远距离测量和深海探测；工业冶炼现场可以直接定量分析，故无需样品准备。

LIBS技术具有无需进行复杂样品预处理、多元素同时分析、可对固态、液态、气态样品进行测量、可实现远程无接触实时在线分析等优势，自从激光器发明以来，LIBS技术被广泛应用于冶金工业、考古分析、金属回收，生物医学和食品安全等领域。

另外，双脉冲激光诱导击穿光谱技术(Double Pulse Laser Induced BreakdownSpectroscopy，简称DP-LIBS)技术相比于SP-LIBS在光谱强度和检测精度方面有很大提高，但是，传统上激发方式大部分都是采用固定的正交、共轴模式，导致两个激光光束的夹角不易调节。

发明内容

基于上述问题，本发明旨在提供一种激光诱导击穿光谱检测装置及检测方法，基于空心光纤实现自由角度检测涂料中的重金属，操作方便，只需移动空心光纤即可完成检测操作。

首先，本发明提供一种激光诱导击穿光谱检测装置，包括用于获取光谱数据的光谱仪、计算机、用于产生激发击穿光谱的高能量光束的激光光源、分光镜、用于聚焦激光光束的第一透镜和第二透镜、空心光纤、刻度盘、光谱仪耦合探头；

所述计算机与所述光谱仪和所述激光光源分别相连，用于控制所述光谱仪和所述激光光源的工作；

所述分光镜将所述激光光源发出的单光束分开成相互垂直的两束激光，一束经过所述第一透镜聚焦到被测样品上实现预烧蚀，另一束激光经第二透镜聚焦到所述空心光纤中，从而在所述空心光纤中传输高能量光束对被测样品进行再烧蚀；

所述刻度盘对经所述第一透镜聚焦到被测样品的光束与经第二透镜聚焦到所述空心光纤中光束的光束夹角进行标定，上述光束夹角能够在预定范围内自由调节；

所述光谱仪耦合探头用于耦合激光诱导的等离子体光，并传输到所述光谱仪中。

优选地，根据本发明的激光诱导击穿光谱检测装置，所述预定范围为0°<θ<90°的范围。

本发明还提供一种激光诱导击穿光谱检测方法，采用本发明的上述激光诱导击穿光谱检测装置对被测样品中的重金属进行检测，所述被测样品为涂料材料，其包括：

所述计算机向所述激光光源发出工作指令，从激光光源发出一束高能量激光束；

从所述激光光源发出的激光束与分光镜成45°夹角，由所述分光镜将该激光束分成相互垂直的两束激光，从而实现单光束分离；

两束激光的一束激光经第一透镜直接聚焦到被测样品内的预定位置处，实现材料预烧蚀，用所述刻度盘将双脉冲烧蚀的光束夹角设定为规定角度；