本发明专利技术公开一种基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置，包括激光器1、位于激光器1前端的光学及控制系统2、与光学及控制系统2连接的压电陶瓷驱动器3、光纤探头4、与光纤探头4相连接的光谱仪A5和光谱仪B6、位于激光器照射范围内的光电管7、与光电管7连接的延时器8、与延时器8连接的光谱仪B6，光谱仪A5、光谱仪B6通过集线盒12连接工控机主板9，工控机主板9连接显示器10，工控机主板9连接延时器8，还包括电压转换器13，电压转换器13连接电源11、工控机主板9和延时器8；上述部件均集成在一个便携式手提箱里。本发明专利技术能满足户外在线原位检测需求的元素成分分析，可以自动聚焦到待测样品表面，完成样品所含元素种类及含量的测量。
【技术实现步骤摘要】
基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置
本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置。
技术介绍
目前，对物质的成分进行测量的光谱技术主要有电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)、原子吸收光谱法(AAS)、气相色谱分析法(GC)、质谱法(MS)等，这些技术都有一些局限性，ICP-AES法、AAS法和MS法需要对样品进行预处理，GC方法对非纯样品的准确定性和定量分析比较困难，MS法的操作困难。运用上述技术对物质所含元素成分进行分析的时候，首先需要收集样品和取回样品，然后再进行分析，不具有实时在线原位检测的能力。激光诱导击穿光谱技术(LaserInduced Breakdown Spectroscopy),简称 LIBS,完全弥补了上述缺点，样品无需预处理，能够完成复杂物质所含元素的定性和定量分析，操作简单，具有在线原位测量的能力。此外LIBS测量范围广，能测量元素周期表上的所有元素；测量速度快，具有批量测试能力；固体、液体、气体、悬浮颗粒均可测量，具有多相测定能力。由于具有上述优点，LIBS可以被广泛的应用在冶金分析、环境监测、地质勘探、在线监控、国防等领域。目前，采用LIBS技术的仪器主要有台式LIBS仪器和便携式LIBS仪器两种。台式LIBS仪器需要将样品带到实验室测量，不能发挥LIBS技术在线原位测量的优势。而便携式LIBS仪器的结构比较灵活，更能适应在线原位测量对仪器结构灵活性的苛刻要求。因此，此便携式LIBS仪器的开发具有更加广阔的应用空间。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置，能满足户外在线原位检测需求的元素成分分析装置，该装置可以自动聚焦到待测样品表面，完成样品所含元素种类及含量的测量。为达到上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的:本专利技术公开的基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置，包括激光器、位于激光器前端的光学及控制系统、与光学及控制系统连接的压电陶瓷驱动器、光纤探头、与光纤探头相连接的光谱仪A和光谱仪B、位于激光器照射范围内的光电管、与光电管连接的延时器、与延时器连接的光谱仪B，所述光谱仪A、光谱仪B通过集线盒连接工控机主板，所述工控机主板连接显示器，工控机主板连接延时器，还包括电压转换器，所述电压转换器连接电源、工控机主板和延时器；上述部件均集成在一个便携式手提箱里。进一步的，所述光学及控制系统包括主光路、双波长激光自动聚焦系统、控制系统；所述主光路包括第一准直镜26、第一反射镜25、聚焦镜14，所述激光器发出的激光依次通过第一准直镜26、第一反射镜25、第一聚焦镜14，所述聚焦镜14的位置可调；所述双波长激光自动聚焦系统包括聚焦镜14、第二反射镜15、第二准直镜16、(XD检测屏17、第三反射镜18、激光器1、倍频晶体20、齿条21、齿轮22、微型步进电机23、滑块24，所述第三反射镜18的底边与第二准直镜16的轴线相交，其反射面与第二准直镜16的轴线之间的夹角为45。，所述CCD检测屏17处在第二准直镜16的焦点关于第二反射镜18的镜像位置，所述激光器I的激光头处在第二准直镜16的焦点处；所述倍频晶体20固定在滑块24上，所述滑块24通过齿条21、齿轮22、微型步进电机23在滑轨上运动。进一步的，所述聚焦镜14的位置由压电陶瓷驱动器3调整，所述压电陶瓷驱动器3由下述机构组成:第一导电板33固定在安装座34上，压电陶瓷片层32固定在第一导电板33和第二导电板31之间并与第一导电板33和第二导电板31紧密接触，所述第二导电板31与第二滑块30 —端固连，所述第二滑块30另一端连接滑动套29，所述聚焦镜14通过固定螺钉28固定在连接滑动套29上，第二滑块30另一端还连接弹簧27的一端，所述接弹簧27的另一端固定在与第二滑块30相适配的滑槽上。优选的，所述压电陶瓷片层32由至少2个压电陶瓷片粘接形成。进一步的，所述光纤探头4采用分叉光纤，一共有8组，均匀分布在第一聚焦镜14的四周，光纤探头4的轴线与聚焦镜14的轴线之间的夹角为60。，其轴向位置可通过细牙螺旋配合调节。进一步的，所述光电管7的感光口放在激光器I的激光头附近。光电管7的位置可以调节。进一步的，所述显示器10带有旋转机构。进一步的，所述延时器8的延时时间通过串口设置。本专利技术能自动聚焦，测试范围广，测试速度快，并且体积小、质量轻、携带便利，可车载到户外进行原位探测。【附图说明】图1是本专利技术的原理框图；图2是本专利技术的主光路不意图；图3是本专利技术的双波长自动聚焦系统示意图；图4是本专利技术的压电陶瓷驱动器剖视图；图中:1_激光源、2-光学及控制系统、3-电陶瓷驱动器、4-光纤探头、5-光谱仪A、6-光谱仪B、7-光电管、8-延时器、9-工控机主板、10-显示器、11-电源、12-集线盒、13-电压转换器、14-聚焦镜、15-第二反射镜B、16-第二准直镜、17-CXD屏、18-第三反射镜、20-倍频晶体、21-齿条、22-齿轮、23-微型步进电机、24-滑块、25-第一反射镜A、26-第一准直镜A、27-弹簧、28-紧定螺钉、29-滑动套、30-滑块、31 -第二导电板、32-压电陶瓷片层、33-第一导电板、34-安装座。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，本专利技术包括激光器1、位于激光器I前端的光学及控制系统2、与光学及控制系统2连接的压电陶瓷驱动器3、光纤探头4、与光纤探头4相连接的光谱仪A5和光谱仪B6、位于激光器照射范围内的光电管7、与光电管7连接的延时器8、与延时器8连接的光谱仪B6，光谱仪A5、光谱仪B6通过集线盒12连接工控机主板9，光电管7的感光口放在激光器I的激光头附近。光电管7的位置可以调节，工控机主板9连接显示器10，工控机主板9连接延时器8，延时器8的延时时间可由工控机主板通过串口设置；还包括电压转换器13，电压转换器13连接电源11、工控机主板9和延时器8 ;显示器10底部带有旋转机构，可改变角度以满足观察需要，上述部件均集成在一个便携式手提箱里。本专利技术的工作原理为:激光器I的激光头对准光学及控制系统2的激光入口，激光器I打出的激光经过光学及控制系统2的传递和会聚，到达待测样品表面激发等离子体，等离子体发射出的谱线被光纤探头4接收，通过光纤传递给光谱仪A5和光谱仪B6，由光谱仪A5和光谱仪B6完成谱线的检测和记录；光电管7的感光口放在激光器I的激光头附近，光电管7的输出端与延时器8连接，延时器8又与光谱仪A5连接，从而实现激光器I与光谱仪A5和光谱仪B6的时序控制。电源11与电压转换器13连接，电压转换器13与延时器8、工控机主板9连接，工控机主板9和集线盒12、显示器10连接，集线盒12与两台光谱仪均连接，从而完成整个系统的供电和数据通信。光谱仪A5采用带宽为250nm-405nm，最低分辨率为0.1nm的光谱仪，里面自带有CCD检测器。光谱仪B6采用带宽为400nm-650nm，最低分辨率为0.1nm的光谱仪，里面也带有CCD检测器。光电管7采用可测的带宽为280nm-680nm的光电管，探本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置，其特征在于:包括激光器1、位于激光器1前端的光学及控制系统2、与光学及控制系统2连接的压电陶瓷驱动器3、光纤探头4、与光纤探头4相连接的光谱仪A5和光谱仪B6、位于激光器照射范围内的光电管7、与光电管7连接的延时器8、与延时器8连接的光谱仪B6，所述光谱仪A5、光谱仪B6通过集线盒12连接工控机主板9，所述工控机主板9连接显示器10，工控机主板9连接延时器8，还包括电压转换器13，所述电压转换器13连接电源11、工控机主板9和延时器8；上述部件均集成在一个便携式手提箱里。
【技术特征摘要】
1.基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置，其特征在于:包括激光器1、位于激光器I前端的光学及控制系统2、与光学及控制系统2连接的压电陶瓷驱动器3、光纤探头4、与光纤探头4相连接的光谱仪A5和光谱仪B6、位于激光器照射范围内的光电管7、与光电管7连接的延时器8、与延时器8连接的光谱仪B6，所述光谱仪A5、光谱仪B6通过集线盒12连接工控机主板9，所述工控机主板9连接显示器10，工控机主板9连接延时器8，还包括电压转换器13，所述电压转换器13连接电源11、工控机主板9和延时器8 ；上述部件均集成在一个便携式手提箱里。2.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的便携式元素成分分析装置，其特征在于:所述光学及控制系统2包括王光路、双波长激光自动聚焦系统、控制系统； 所述主光路包括第一准直镜26、第一反射镜25、聚焦镜14,所述激光器I发出的激光依次通过第一准直镜26、第一反射镜25、第一聚焦镜14，所述聚焦镜14的位置可调； 所述双波长激光自动聚焦系统包括聚焦镜14、第二反射镜15、第二准直镜16、CCD检测屏17、第三反射镜18、倍频晶体20、齿条21、齿轮22、微型步进电机23、滑块24，所述第三反射镜18的底边与第二准直镜16的轴线相交，其反射面与第二准直镜16的轴线之间的夹角为45。，所述CXD检测屏17处在第二准直镜16的焦点关于第二反射镜18的镜像位置，所述激光器I的激光头处在第二准直镜16的焦点处；所述倍频晶体20固定在滑块24上，所述滑块24通过齿条21、齿轮22、微型步进电机2...
【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，林庆宇，王杰，刘安良，王帅，王旭，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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