[发明专利]一种远距离变焦距激光诱导击穿光谱的检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种远距离变焦距激光诱导击穿光谱的检测方法及装置，其中：测距单元测定被测样品和所述聚焦与等离子体信号收集单元间对应的检测距离；等离子体激发单元输出激光诱导击穿光谱LIBS的激光；产生的等离子体信号再经聚焦与等离子体信号收集单元接收后，由聚焦与等离子体信号收集单元将接收的等离子体信号传递给所述分光与光电转换单元；分光与光电转换单元将传递来的等离子体信号按照不同波长分光，并转换为数字信号的光谱信息；光谱信息处理单元对所述光谱信息进行数据处理，得到被测样品元素成分的分析结果。上述方法及装置实现了不同检测距离下的激光诱导击穿光谱的修正与分析，大大提升了激光诱导击穿光谱技术的应用空间。

技术领域

本发明涉及激光诱导击穿光谱分析技术领域，尤其涉及一种远距离变焦距激光诱导击穿光谱的检测方法及装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是基于激光和材料相互作用产生的发射光谱的一种物质成分检测技术，与传统检测技术相比，LIBS最大的优势在于可以实现非接触式的远距离物质成分分析。因此LIBS在冶金、爆炸物分析、有毒有害物质分析、海洋勘探、外星勘探等领域具有重大价值。但是在这些LIBS大有前景的领域，定距离检测往往是不现实的，譬如野外勘探中利用LIBS对矿石进行分析，有些矿石在自然环境中所处的位置比较险峻，并无条件将LIBS设备放置在与其相距特定距离的位置上。这些情况下，就需要对一定距离范围内的待测样品进行成分分析。当一套LIBS系统面对处于一定距离范围内的一类待检测物质的任务需求时，首先需要调整望远镜系统的焦距，将激光聚焦于待测物质的适当位置，因此该类LIBS检测也可以称为变焦距LIBS检测。

一般LIBS系统的设计只针对一个或多个特定的检测距离，这是因为：精确的LIBS分析使用的标定模型往往由一组标准样品构建，这些标准样品均在同一测试条件下形成建模数据，该标定模型所能分析的待测物质的光谱也应在同一检测条件下获得，即一个标定模型对应于一个特定的LIBS系统参数矩阵下的一类待测物质分析。面对变焦距检测任务，调整望远镜系统实现聚焦后，对于不同的检测距离，激光的聚焦光斑大小、能量密度、等离子体光谱的收集视场角度、系统的光学效率等会发生变化，进而导致变焦距成分检测会收集到不同强度、特征的等离子体光谱，无法直接带入标定模型中获得所需的分析结果，而现有技术中并没有相应的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种远距离变焦距激光诱导击穿光谱的检测方法及装置，该方法及装置实现了不同检测距离下的激光诱导击穿光谱的修正与分析，大大提升了激光诱导击穿光谱技术的应用空间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种远距离变焦距激光诱导击穿光谱的检测装置，所述装置包括测距单元、等离子体激发单元、聚焦与等离子体信号收集单元、分光与光电转换单元、光谱信息处理单元、等离子体诊断单元和时序控制单元，其中：

所述测距单元，用于测定被测样品和所述聚焦与等离子体信号收集单元间对应的检测距离；

等离子体激发单元，用于输出激光诱导击穿光谱LIBS的激光，所述激光经所述聚焦与等离子体信号收集单元传输后聚焦于不同位置的被测样品表面或表面以下适当位置，对所述被测样品进行LIBS激发，产生等离子体信号；

产生的等离子体信号再经所述聚焦与等离子体信号收集单元接收后，由所述聚焦与等离子体信号收集单元将接收的等离子体信号传递给所述分光与光电转换单元；

所述分光与光电转换单元将传递来的等离子体信号按照不同波长分光，并转换为数字信号的光谱信息；

所述光谱信息处理单元对所述光谱信息进行数据处理，得到所述被测样品元素成分的分析结果；