一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法及系统，所述方法包括以下步骤：通过调节样品表面与汇聚透镜的相对距离确定系统聚焦点的初始位置；调节指示激光的方向使指示激光光斑与所述初始位置重叠；移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，确定最大光谱强度对应的位置即为系统激光聚焦位置。采用本发明专利技术技术方案能够适用于不同特性的样品表面，实现LIBS系统激光聚焦位置的快速精确定位，调节的精确度受样品表面特性如平整度、反射率以及所用设备的灵敏度影响低；同时，还克服了手动调焦的速度慢的问题，能够自动定位，保证LIBS系统检测的稳定性。保证LIBS系统检测的稳定性。保证LIBS系统检测的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法及系统


[0001]本专利技术属于光谱检测及分析
，特别涉及一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法及系统。

技术介绍

[0002]激光诱导击穿光谱(Laser
‑
induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术是一种原子发射光谱技术，通过将高能脉冲激光聚焦在样品表面，烧蚀激发样品产生等离子，然后根据所采集的等离子体光谱，可以对样品中所含元素进行定性和定量分析。该技术具有不需要复杂的样品预处理、适应环境能力强、可以对多种元素同时进行快速分析、远程分析以及原位在线实时分析等优点，广泛应用于太空探索、工业生产、环境监测以及资源勘探等领域，目前已成为物质成分分析领域研究的热点。
[0003]在LIBS进行检测时，由于待测样品具有不同的厚度以及表面平整度，激光聚焦透镜与样品表面的相对距离会发生较大变化，影响LIBS测量结果的稳定性和精确度。目前一般使用手动调节或者样品表面成像清晰度以及激光测距仪等方法进行聚焦调节，调节的精确度受样品表面特性如平整度、反射率以及所用设备的灵敏度影响较大。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法及系统，能够适用于不同特性的样品表面，实现LIBS系统中激光脉冲快速精确地自动聚焦在样品表面。
[0005]为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0006]一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，包括以下步骤：
[0007]通过调节样品表面与汇聚透镜的相对距离确定系统聚焦点的初始位置；
[0008]调节指示激光的方向使指示激光光斑与所述初始位置重叠；
[0009]移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，确定最大光谱强度对应的位置即为系统激光聚焦位置。
[0010]优选地，所述指示激光为LIBS系统中所用光谱仪波长覆盖范围内任意波长的激光光束。
[0011]优选地，所述移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度具体为：
[0012]先以第一步长移动样品位置，并在各位置处采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，最大光谱强度对应的位置为系统激光初步聚焦位置；
[0013]再根据系统激光初步聚焦位置以第二步长移动样品位置，并在各位置处采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，最大光谱强度对应的位置为所述系统激光聚焦位置，其中第一步长长于第二步长。
[0014]优选地，所述移动样品沿收集透镜的收集方向移动。
[0015]优选地，所述采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度中，设定所述采集积分时间t、平均次数N和样品位移区间，并单向移动。
[0016]优选地，所述采集积分时间t为10ms，平均次数N为3
‑
20。
[0017]优选地，所述指示激光为波长为532nm的半导体连续激光。
[0018]优选地，所述光斑的直径为1
‑
5mm。
[0019]一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的系统，所述系统包括：
[0020]初始定位模块，用于通过调节样品表面与汇聚透镜的相对距离确定系统聚焦点的初始位置；
[0021]调节模块，用于调节指示激光的方向使指示激光光斑与所述初始位置重叠；
[0022]定位模块，用于移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，确定最大光谱强度对应的位置即为系统激光聚焦位置。
[0023]优选地，所述定位模块，用于移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度具体为：
[0024]先以第一步长移动样品位置，并在各位置处采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，最大光谱强度对应的位置为系统激光初步聚焦位置；
[0025]再根据系统激光初步聚焦位置以第二步长移动样品位置，并在各位置处采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，最大光谱强度对应的位置为所述系统激光聚焦位置，其中第一步长长于第二步长。
[0026]优选地，所述移动样品沿收集透镜的收集方向移动。
[0027]优选地，所述移动样品位置之前，先设定光谱采集积分时间t、平均次数N和样品位移区间，单向移动本专利技术具有以下技术效果：采用本专利技术的技术方案能够适用于不同特性的样品表面，实现LIBS系统激光聚焦位置的快速精确定位，调节的精确度受样品表面特性如平整度、反射率以及所用设备的灵敏度影响低；同时，还克服了手动调焦的速度慢的问题，能够自动定位，保证LIBS系统检测的稳定性。
[0028]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
[0030]图1为本专利技术方法实现的具体流程图；
[0031]图2为本专利技术精确定位LIBS系统激光聚焦位置的原理图；
[0032]图3为本专利技术实施例第一步长下样品台不同高度位置处对应的指示激光光谱强度；
[0033]图4为本专利技术实施例第二步长下样品台不同高度位置处对应的指示激光光谱强度；
[0034]图中：1、激光器；2、扩束系统；3、激光全反射镜；4、分色镜；5、聚焦透镜；6、样品；8、等离子体；9、指示激光器；10、收集透镜；11、光纤；12、光谱仪；13、计算机；14、数据线；15、控制线；16、触发线。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0037]步骤1：根据汇聚透镜的焦距调节样品表面与汇聚透镜的相对距离，确定系统的聚焦点的初始位置；
[0038]步骤2：调节收集透镜和指示激光的光轴方向，使之交于脉冲激光的焦点处，即所述初始位置，完成LIBS系统聚焦初始位置的设定，指示激光可以为LIBS系统中所用光谱仪波长覆盖范围内任意波长的激光光束等；
[0039]步骤3：设定光谱仪的光谱采集积分时间t、平均次数N和样品位移区间；
[0040]步骤4：将样品放于移动平台上，根据设定的光谱采集积分时间t、平均次数N和样品位移区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过调节样品表面与汇聚透镜的相对距离确定系统聚焦点的初始位置；调节指示激光的方向使指示激光光斑与所述初始位置重叠；移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，确定最大光谱强度对应的位置即为系统激光聚焦位置。2.根据权利要求1所述的精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，其特征在于，所述指示激光为LIBS系统中所用光谱仪波长覆盖范围内任意波长的激光光束。3.根据权利要求1所述的精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，其特征在于，所述移动样品位置，采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度具体为：先以第一步长移动样品位置，并在各位置处采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，最大光谱强度对应的位置为系统激光初步聚焦位置；再根据系统激光初步聚焦位置以第二步长移动样品位置，并在各位置处采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度，最大光谱强度对应的位置为所述系统激光聚焦位置，其中第一步长长于第二步长。4.根据权利要求3所述的精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，其特征在于，所述移动样品沿收集透镜的收集方向移动。5.根据权利要求4所述的精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，其特征在于，所述采集指示激光在样品表面形成光斑的光谱强度中，设定所述采集积分时间t、平均次数N和样品位移区间，并单向移动。6.根据权利要求5所述的精确定位LIBS系统激光聚焦位置的方法，其特征在于，所述采集积分时间t为10ms，平均次数N为3
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20。7.根据权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾军伟，潘从元，张亮，王腾飞，
申请(专利权)人：合肥金星机电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：