[实用新型]用于微区物质精细分析的行星车舱内探测系统

说明书

本专利公开了一种用于微区物质精细分析的行星车舱内探测系统，该系统由质谱子系统、光学头部、紫外超快脉冲LIBS激光器、紫外单纵模拉曼激光器、高分辨高灵敏度紫外可见光谱仪、时序控制器及主控制器组成。本专利的有益效果是，提供了一种用作微区物质分布精细分析的行星车舱内多技术融合探测系统，可获取微区的三维形貌分布，及三维形貌分布上各个扫描点的n个波长的紫外激光拉曼图像、m个谱段的紫外激光诱导荧光高光谱图像、LIBS元素粗含量分布图像以及质谱元素精细分布图像，可提供丰富的微区物质信息供行星科学研究。

技术领域

本专利涉及一种物质检测系统,尤其涉及一种采用激光解附质谱、激光诱导等离子体LIBS、共焦扫描激光拉曼成像、共焦扫描激光诱导荧光成像的物质检测系统，适合安装在行星车舱内，用于深空探测行星开放环境下的微区物质探测，属于行星原位探测领域。

背景技术

对于未来的深空探测，对物质成分探测技术及方法提出了更高的要求，原位精细探测能力是各航天大国瞄准的技术至高点。精细探测即要求激光聚焦点更小，分析的物质量很小，元素及分子种类更丰富，定量化更准确同时又在极高空间分辨成像的监控下进行。

激光解附质谱、激光诱导等离子光谱(LIBS)、激光拉曼(Raman)及紫外激光诱导荧光为物质成分分析的重要手段，其中LIBS可实现物质组成元素的粗分析，激光解附质谱可实现物质组成精细分析，激光Raman可实现物质分子组成的分析，而紫外激光诱导荧光除了可用于成像以外，还可用于一些元素尤其是稀土元素的分析。

如何在深空微区环境下，高效地实现四种探测技术的融合是一个巨大的挑战，包括激光解附质谱与LIBS的融合，要解决的是开放环境下解附粒子的高效传输；激光拉曼与紫外荧光高光谱成像的融合，需要解决是的激光波长的合理选择，光谱信号的划分与处理；LIBS与拉曼的融合，需解决光路与光谱通道的复用问题；探测精细度的问题，需加入共焦针孔的约束；此外，飞秒激光源可解附出纳米级的颗粒，但同时LIBS信号相对较弱，需提高光谱仪的灵敏度等等。

针对以上深空微区多技术融合面临的挑战和问题，本专利提出一种行星车舱内集成探测系统，可将激光解附质谱、激光诱导等离子光谱(LIBS)、激光拉曼(Raman)及紫外激光诱导荧光四种技术手段进行高效地结合，通过时序和扫描的控制，以及多种复用手段的应用，可实现同一微区所有扫描点的几何形貌、元素及分子分布的探测。

发明内容

本专利的目的在于提供一种深空微区物质精细分析的行星车舱内探测系统，可在行星车舱内车通过向下窗口，对下方行星表面的岩石、土壤、矿物等探测对象进行微区精细的物质分布探测。

本专利提出的行星车舱内探测系统用于深空探测领域，对行星表面的土壤、岩石、矿物等行星探测目标作微区物质组分精细探测，它安装在行星舱内部，由质谱子系统、光学头部、紫外超快脉冲LIBS激光器、紫外单纵模拉曼激光器、高分辨高灵敏度紫外可见光谱仪、时序控制器及主控制器组成；

其中光学头部包含LIBS光纤耦合镜、光纤耦合器、接收针孔、紫外可见扩束镜、切入控制器、脉冲激光扩束镜、发射光纤耦合器、发射针孔、紫外扩束镜、紫外双色镜、紫外可见多色镜、LIBS切入反射镜、三维高精度扫描平台、紫外显微物镜、扫描控制器；光学头部开有测试窗口，以便进行测试；紫外显微物镜安装在三维高精度扫描平台上，可在扫描控制器带动下作三维精细移动；

质谱子系统包括辅助供气装置、质谱仪、质谱探测器、分离锥、ICP组件、截取锥、毛细管、取样锥、回流管、流量计、输运气泵、ICP气泵和质谱气泵组成；

紫外单纵模拉曼激光器用于拉曼的分子成像及荧光超光谱成像，较短紫外波长泵浦出的拉曼大部分分子的斯托克斯波数频移仍位于紫外段，而它同时激光的荧光光谱大部分位于可见谱段。因此，选择紫外拉曼激光器的可使在激发拉曼及荧光光谱的同时又有一定的分离度；紫外单纵模拉曼激光器为光纤输出，通过发射光纤及发射光纤耦合器耦合进光学头部的发射光轴；