一种激光诱导击穿光谱的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种激光诱导击穿光谱的检测方法，首先根据激光诱导击穿光谱设备的使用需求，确定需要修正的检测距离范围L，并获得不同检测距离的标定测试范围；在采样点序列l中的每一个采样点l

A detection method of laser-induced breakdown spectrum

【技术实现步骤摘要】
一种激光诱导击穿光谱的检测方法
本专利技术涉及激光诱导击穿光谱分析
，尤其涉及一种激光诱导击穿光谱的检测方法。
技术介绍
激光诱导击穿光谱技术(LaserInducedBreakdownSpectroscopy，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光诱导击穿光谱的检测方法，该方法实现了不同检测距离下激光诱导击穿光谱的修正与分析，解决了激光诱导击穿光谱技术在远距离变焦距测量中的应用问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种激光诱导击穿光谱的检测方法，所述方法包括：步骤1、根据激光诱导击穿光谱设备的使用需求，确定需要修正的检测距离范围L；步骤2、以所述检测距离范围L的最大值Lmax和最小值Lmin为基础，获得不同检测距离的标定测试范围lmax、lmin；步骤3、设定标定测试范围内的采样点序列l，并在采样点序列l中的每一个采样点li对标定样品进行激光诱导击穿光谱测试，获得初始检测光谱序列S；步骤4、根据所述初始检测光谱序列S，得到初始检测光谱序列S中需要定量分析的元素特征峰序列步骤5、以采样点序列l中每个采样点li为自变量，采样点li对应的第j个特征峰为因变量，构建与li之间的函数且全部Fj形成函数序列F；步骤6、对待测样品进行激光诱导击穿光谱测试，并收集对应于检测距离的初始检测光谱步骤7、再将初始检测光谱中特征峰序列带入函数序列F中对应的Fj中，将其修正为当前标定模型建立时对应检测距离下的特征峰序列进而构成修正后的检测光谱步骤8、将修正后的检测光谱带入当前标定模型，得到所述待测样品元素成分的分析结果。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法实现了不同检测距离下激光诱导击穿光谱的修正与分析，解决了激光诱导击穿光谱技术在远距离变焦距测量中的应用问题，拓宽了LIBS的应用领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的激光诱导击穿光谱的检测方法流程示意图；图2本专利技术所举实例激光诱导击穿光谱在空间上的环形中心对称分布示意图；图3为本专利技术实施例所述函数拟合的曲线示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的激光诱导击穿光谱的检测方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、根据激光诱导击穿光谱设备的使用需求，确定需要修正的检测距离范围L；在该步骤中，所述检测距离范围L在望远镜系统能达到的最大、最小焦距范围内。步骤2、以所述检测距离范围L的最大值Lmax和最小值Lmin为基础，获得不同检测距离的标定测试范围lmax、lmin；在该步骤中，标定测试范围lmax、lmin可以采用如下公式获得：其中，k值根据实际情况进行选择，本实施例中推荐k取3。除上述公式获取方式外，本领域技术人员也可以根据需要采用其他方式来获取最大、最小检测距离，例如专用检测设备标定等方式。步骤3、设定标定测试范围内的采样点序列l，并在采样点序列l中的每一个采样点li对标定样品进行激光诱导击穿光谱测试，获得初始检测光谱序列S；在该步骤中，采样点序列可以根据对物质进行等离子体激发的激光焦深来确定，如果激光焦深较大，采样点可以适当选择的稀疏一些，焦深较小，采样点应紧密一些。具体通过以下经验公式来确定采样点数目：其中，n为采样点个数；d为焦深；lmax、lmin为不同检测距离的标定测试范围。上述对标定样品进行激光诱导击穿光谱测试可以通过半导体激光器、固体或气体激光器，也可以是通过光纤耦合输出的半导体激光器，或者二氧化碳激光器向标定样品输出激光。另外，采用的激光器可以进行脉冲输出激光，或者连续输出激光，其中对于l中每一个的采样点li，通过望远镜系统配合测距单元与寻焦算法，将产生的激光定焦于标定样品的适当位置进行等离子体激发，在每个采样点的数据采集采用以下步骤：1、设备参数保持不变；2、建模标定样品选择多个测试位置，每个测试位置应进行多个脉冲(脉冲型激光器)或一段固定时间(连续、准连续激光器)的激发；3、对收集到的光谱应进行异常值剔除、筛选、降噪、背底扣除、归一化等预处理，最终每个测试点形成一幅光谱；4、多个测试点的多幅光谱构成光谱序列步骤4、根据所述初始检测光谱序列S，得到初始检测光谱序列S中需要定量分析的元素特征峰序列在该步骤中，具体可以通过包括但不限于美国国家标准与技术研究院(NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST)发布的原子发射光谱数据库，对所述初始检测光谱序列S中的光谱图进行特征峰识别，选取需要进行定量分析的特征峰并对其进行标准化处理后(包括拟合、排除谱峰干扰、自吸收矫正等)与所述原子发射光谱数据库进行匹配；其中，中的li代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光诱导击穿光谱的检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1、根据激光诱导击穿光谱设备的使用需求，确定需要修正的检测距离范围L；/n步骤2、以所述检测距离范围L的最大值Lmax和最小值Lmin为基础，获得不同检测距离的标定测试范围l

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导击穿光谱的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、根据激光诱导击穿光谱设备的使用需求，确定需要修正的检测距离范围L；
步骤2、以所述检测距离范围L的最大值Lmax和最小值Lmin为基础，获得不同检测距离的标定测试范围lmax、lmin；
步骤3、设定标定测试范围内的采样点序列l，并在采样点序列l中的每一个采样点li对标定样品进行激光诱导击穿光谱测试，获得初始检测光谱序列S；
步骤4、根据所述初始检测光谱序列S，得到初始检测光谱序列S中需要定量分析的元素特征峰序列
步骤5、以采样点序列l中每个采样点li为自变量，采样点li对应的第j个特征峰为因变量，构建与li之间的函数且全部Fj形成函数序列F；
步骤6、对待测样品进行激光诱导击穿光谱测试，并收集对应于检测距离的初始检测光谱
步骤7、再将初始检测光谱中特征峰序列带入函数序列F中对应的Fj中，将其修正为当前标定模型建立时对应检测距离下的特征峰序列进而构成修正后的检测光谱
步骤8、将修正后的检测光谱带入当前标定模型，得到所述待测样品元素成分的分析结果。


2.根据权利要求1所述激光诱导击穿光谱的检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述检测距离范围L在望远镜系统能达到的最大、最小焦距范围内。


3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天卓，李欣，樊仲维，肖红，聂树真，钟奇秀，赵晟海，黄文迪，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11