基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于光纖激光器的便攜式LIBS分析儀，包括激光探測頭和主機系統，探測頭包括激光輸出頭、光闌、反射鏡、二向色鏡、透鏡、第一微型位移臺、第二微型位移臺和光收集器；主機系統包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和光纖激光器主機。本實用新型專利技術采用光纖激光器作為激光光源，并提供一種新的光譜采集方式，提高了探測靈敏度和降低了檢測極限。當增設偏振器時，還可以抑制等離子體光譜中的連續背景的干擾，進一步提高探測靈敏度。本實用新型專利技術體積小、重量輕，攜帶方便，操作簡單，分析迅速，可用于野外環境或工業現場實時檢測，不需要真空環境，無需對樣品進行預處理；對所分析樣品的尺寸大小和導電性無限制，分析效率高。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀
本技術屬于激光精密檢測
，具體為一種基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀(簡稱便攜式LIBS激光探針儀)，主要用于物質元素成份的定性與定量分析。
技術介紹
激光誘導擊穿光譜(LaserInduced Breakdown Spectroscopy,簡稱 LIBS)是一種新型的物質成分分析技術，它是將脈沖激光束聚焦到樣品表面燒蝕形成等離子體而發射出光譜，通過采集等離子體光譜來分析其元素的成分及其含量。與傳統的分析儀器相比，LIBS技術有著顯著的技術優勢，例如無需樣品制備，分析迅速，可同時檢測多種元素、探測極限低、成本低等優點，可用于檢測固體、液體和氣體物質等。然而，現有的LIBS系統還存在一些不足之處:首先，傳統的LIBS系統大多采用Nd = YAG固體激光器在光學平臺上搭建復雜的光路系統，設備體積龐大，對設備放置的環境要求高，如需要專門的光學平臺等(例如，華南理工大學，李潤華等，光電雙脈沖激光誘導擊穿光譜儀及光譜分析方法，[P]，中國，200910041442,20100106 ;清華大學，馬曉紅等，檢測時間及位置可控的激光誘導擊穿光譜檢測裝置，[P]，中國，201010569401，20110720)。有些激光器需要恒溫、干燥環境等，因此無法將龐大的儀器搬到野外惡劣環境或工業現場進行檢測和分析；同時，由于Nd: YAG激光器能量的波動一般比較大，造成測量結果誤差比較大，影響了 LIBS系統的探測精度和穩定性。其次，目前的有些LIBS系統為了增強等離子體光譜強度，往往采用一些輔助措施，例如充保護氣、抽成真空，電火花或微波加熱等等，這些輔助裝置的加入，往往需要做一個專門的樣品室，樣品室的大小使得目標樣品的尺寸受到很大限制，特別是無法完成大尺寸試樣的成分分析，也無法在工業現場進行實時監測。
技術實現思路
為了克服現有LIBS技術存在的一些缺陷和為了適應野外作業及工業現場實時檢測的需要，本技術提供了一種基于光纖激光器的便攜式LIBS分析儀，該便攜式LIBS分析儀體積小、重量輕，攜帶方便，操作簡單，分析迅速，可用于野外環境或工業現場實時檢測，不需要真空環境，無需對樣品進行預處理；對所分析樣品的尺寸大小和導電性無限制，分析效率高。本技術提供的一種便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它包括激光探測頭和主機系統兩部分，其中，探測頭包括激光輸出頭、光闌、反射鏡、二向色鏡、透鏡、第一微型位移臺、第二微型位移臺和光收集器；主機系統包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和光纖激光器主機；第一微型位移臺、第二微型位移臺均安裝在激光探測頭的殼體內，透鏡安裝在第一微型位移臺上，光收集器安裝在第二微型位移臺上；激光輸出頭、光闌和反射鏡均位于同一光路上，且反射鏡與激光輸出頭的光軸成45度夾角；二向色鏡安裝在反射鏡的反射光路上，且主平面與反射鏡的主平面平行；光收集器、二相色鏡、透鏡和探測頭的出光口依次在另一光路上，且與激光輸出頭、光闌和反射鏡所在的光路平行；光收集器與光譜儀通過光纖相連；所述第一微型位移臺和第二微型位移臺均與微控制器電信號連接，微控制器與便攜式PC機電信號連接，使得在便攜式PC機上能夠實現控制第一微型位移臺和第二微型位移臺的運動；便攜式PC機分別與光譜儀和光纖激光器控制卡電信號信號，用于控制光譜儀和激光器的工作,并使光譜儀同步采集的數據傳送到便攜式PC機。本技術提供的另一種便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它包括激光探測頭和主機系統兩部分，其中，激光探測頭包括激光輸出頭、光闌、透鏡、光收集器和第一至第三微型位移臺，主機系統包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和和光纖激光器主機；第一微型位移臺和第三微型位移臺安裝在激光探測頭的殼體內，透鏡安裝在第一微型位移臺上；激光輸出頭、光闌、透鏡和探測頭的出光口位于同一光路上，激光輸出頭安裝在第三微型位移臺上，光收集器安裝在第二微型位移臺上，且為旁軸采集，光收集器通過光纖與光譜儀相連；所述第一微型位移臺至第三微型位移臺均與微控制器電信號連接，微控制器與便攜式PC機電信號連接，使得在便攜式PC機上能夠實現控制第一至第三微型位移臺的運動；便攜式PC機分別與光譜儀和光纖激光器控制卡電信號信號，用于控制光譜儀和與激光器同時工作，并使光譜儀同步采集的數據傳送到便攜式PC機。作為上述二個技術方案的改進，該便攜式激光探針成分分析儀還可以設置偏振器和微型旋轉臺。本技術采用光纖激光器作為激光光源，并提供一種新的光譜采集方式，提高了探測靈敏度和降低了檢測極限。由于新型的光纖激光器具有成本低、小型化、轉換效率高、功率高、光束質量好、損耗低、散熱快、激光閾值低、高穩定性等優點，能勝任惡劣的工作環境，對灰塵、震蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍度，不需熱電制冷和水冷，只需簡單的風冷，特別適合做便攜式LIBS。同時，本技術通過巧妙的結構設計，使本技術結構方便實用，小巧便捷，穩定可靠。當本技術增設偏振器時，還可以抑制等離子體光譜中的連續背景的干擾，進一步提高探測靈敏度和降低檢測極限。總之，本技術提供的便攜式激光探針儀分析迅速、探測極限低、靈敏度高、能夠在野外或惡劣環境及工業現場實時監測，很好的彌補現有的LIBS方案的缺點和不足。【附圖說明】圖1為本技術的第一種【具體實施方式】的結構示意圖；圖中符號分別表示:A為便攜式LIBS分析儀的探測頭部分，B為便攜式LIBS分析儀的主機系統，I為光纖激光器的激光輸出頭，2為光闌,3為反射鏡,4為殼體,5為透鏡,6為探測頭出光口，7為等離子體羽,8為樣品，9、13為微型位移臺，10為二向色鏡，11和14為手柄，12為光收集器,15為控制信號線，16為光纖，17為光纖，18為套管，19為光譜儀,20為光纖激光器控制卡，21為微控制器,22為便攜式PC機,23為光纖激光器主機,24為偏振器，25為微型旋轉臺。【具體實施方式】下面結合附圖對本技術的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本技術，但并不構成對本技術的限定。此外，下面所描述的本技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本技術實施例提供的一種便攜式LIBS分析儀，包括激光探測頭A和王機系統B兩部分，其中，探測頭A包括:激光輸出頭I，光闌2，反射鏡3，二向色鏡10，透鏡5，第一、第二微型位移臺9、13，偏振器24，微型旋轉臺25，以及光收集器12等。主機系統B包括光譜儀19,光纖激光器控制卡20,微控制器21,以及便攜式PC機22,主機系統B可以自帶或外配光纖激光器主機23等。探測頭A中，激光輸出頭1、光闌2和反射鏡3安裝在同一直線上，且反射鏡3與激光束成45度夾角；二向色鏡10安裝在反射鏡3的正下方，且主平面與反射鏡3的主平面平行；光收集器12、偏振器24、二相色鏡10、透鏡5和探測頭出光口 6依次在另一直線上，且與激光輸出頭1、光闌2和反射鏡3所在的直線平行；光收集器12與光譜儀19通過光纖16相連,激光輸出頭I通過光纖與光纖激光器主機23連接。 第一微型位移臺9、第二微型位移臺13和微型旋轉臺25均安本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它包括激光探測頭和主機系統兩部分，其中，探測頭包括激光輸出頭、光闌、反射鏡、二向色鏡、透鏡、第一微型位移臺、第二微型位移臺和光收集器；主機系統包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和光纖激光器主機；?第一微型位移臺、第二微型位移臺均安裝在激光探測頭的殼體內，透鏡安裝在第一微型位移臺上，光收集器安裝在第二微型位移臺上；激光輸出頭、光闌和反射鏡均位于同一光路上，且反射鏡與激光輸出頭的光軸成45度夾角；二向色鏡安裝在反射鏡的反射光路上，且主平面與反射鏡的主平面平行；光收集器、二相色鏡、透鏡和探測頭的出光口依次在另一光路上，且與激光輸出頭、光闌和反射鏡所在的光路平行；光收集器與光譜儀通過光纖相連；?所述第一微型位移臺和第二微型位移臺均與微控制器電信號連接，微控制器與便攜式PC機電信號連接，使得在便攜式PC機上能夠實現控制第一微型位移臺和第二微型位移臺的運動；便攜式PC機分別與光譜儀和光纖激光器控制卡電信號信號，用于控制光譜儀和激光器的工作，并使光譜儀同步采集的數據傳送到便攜式PC機。

【技術特征摘要】
1.一種基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它包括激光探測頭和主機系統兩部分，其中，探測頭包括激光輸出頭、光闌、反射鏡、二向色鏡、透鏡、第一微型位移臺、第二微型位移臺和光收集器；主機系統包括光譜儀、微控制器、便攜式PC機和光纖激光器主機； 第一微型位移臺、第二微型位移臺均安裝在激光探測頭的殼體內，透鏡安裝在第一微型位移臺上，光收集器安裝在第二微型位移臺上；激光輸出頭、光闌和反射鏡均位于同一光路上，且反射鏡與激光輸出頭的光軸成45度夾角；二向色鏡安裝在反射鏡的反射光路上，且主平面與反射鏡的主平面平行；光收集器、二相色鏡、透鏡和探測頭的出光口依次在另一光路上，且與激光輸出頭、光闌和反射鏡所在的光路平行；光收集器與光譜儀通過光纖相連； 所述第一微型位移臺和第二微型位移臺均與微控制器電信號連接，微控制器與便攜式PC機電信號連接，使得在便攜式PC機上能夠實現控制第一微型位移臺和第二微型位移臺的運動；便攜式PC機分別與光譜儀和光纖激光器控制卡電信號信號，用于控制光譜儀和激光器的工作，并使光譜儀同步采集的數據傳送到便攜式PC機。2.根據權利要求1所述的基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀，其特征在于，它還包括偏振器和微型旋轉臺，微型旋轉臺也安裝在激光探測頭的殼體內，偏振器安裝在微型旋轉臺上，且正好位于光收集器的正前方，且偏振器位于光收集器和二相色鏡之間，微型旋轉臺與微...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾曉雁，曾慶棟，李祥友，郭連波，段軍，賀超，沈萌，李闊湖，郝中騏，陸永楓，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42