[发明专利]空间站微重力环境下的航天员尿液中过渡金属检测系统

摘要

本发明公开了一种空间站微重力环境下的航天员尿液中过渡金属检测系统，该系统主要由主控制器、收集子系统、LIBS子系统和进样子系统组成；本发明的有益效果是，采用多点多次微区LIBS测量信号累加，解决尿液中过渡金属的检出问题，在废液收集中采用直流电场方法，满足微重力环境下的要求；在测试最后，采用净水进行液芯的清洁，满足环保卫生的要求。

主权项

1.一种空间站微重力环境下的航天员尿液中过渡金属检测系统，包括主控制器(25)、收集子系统(30)、LIBS子系统(31)和进样子系统(32)；其特征在于：LIBS子系统(31)负责LIBS激光发射及LIBS信号接收，它由显微物镜(10)、二向色镜(12)、扩束镜(14)、LIBS激光器(15)、光纤耦合镜(17)、接收光纤(18)、LIBS光谱仪(19)、延时控制器(26)组成；延时控制器(26)有控制端口A(27)及控制端口B(9)，分别与LIBS光谱仪(19)的光谱仪外触发端口(16)及LIBS激光器(15)的激光器外触发端口(13)相连；延时控制器(26)通过控制端口A(27)及控制端口B(9)发出具有一定延时的脉冲信号，用以调节LIBS激光器(15)的出光及LIBS光谱仪(19)的信号采集之间的延时；进样子系统(32)用于将测试液体样(22)，即航天员尿液，送至LIBS子系统(31)中进行分析；进样子系统(32)由联接软管(20)、进液器(21)、电动活塞(23)、步机电机(24)、入流管(8)、进液口(34)和密封盖(35)组成；测试液体样(22)通过进液口(34)导入进液器(21)，导入完成后盖好密封盖(35)；入流管(8)与液芯波导管(6)连通，联接软管(20)将入流管(8)与进液器(21)相连；步机电机(24)可带动电动活塞(23)在进液器(21)中平移，将测试液体样(22)通过联接软管(20)及入流管(8)缓慢推入液芯波导管(6)；收集子系统(30)用于在空间站微重力环境下收集测试液体样(22)，防止污染环境；收集子系统(30)由直流电源(1)、电阴极(2)、半球形罩(3)、出流管(5)、电阳极(28)、废液箱(29)与窗口玻片(37)组成；出流管(5)与液芯波导管(6)连通；半球形罩(3)内壁有电阴极(2)，废液箱(29)入口为电阳极(28)；直流电源(1)的正负极分别与电阳极(28)电阴极(2)连接，维持电阳极(28)与电阴极(2)之间的电场；液芯波导管(6)中的测试液体样(22)通过出流管(5)，沿喷射轴线(4)喷射至电阴极(2)，从而带上负电荷，在电场的作用下，被吸引至电阳极(28)，进入废液箱(29)；半球形罩(3)上开有窗口玻片(37)，方便LIBS测试；LIBS激光器(15)可沿光学主轴(11)由右向左发射一定波长λ的窄脉冲激光束，经扩束镜(14)扩束，得到的激光束直径与显微物镜(10)的入瞳匹配，穿过二向色镜(12)，经显微物镜(10)并通过窗口玻片(37)后，可聚焦至聚焦测试点(36)处的测试液体样(22)，聚焦测试点(36)处激发的LIBS信号沿光学主轴(11)向右传输，依次穿过窗口玻片(37)与显微物镜(10)后，经二向色镜(12)反射后，沿接收光轴(33)传输，经光纤耦合镜(17)聚焦进入接收光纤(18)，传入LIBS光谱仪(19)进行分析；主控制器(25)用于启动及关闭直流电源(1)、LIBS激光器(15)、延时控制器(26)以及LIBS光谱仪(19)，并用于给步机电机(24)发送控制指令，还用于设置LIBS光谱仪(19)工作参数，且接收LIBS光谱仪(19)的光谱数据进行分析。