• 一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪

    • 摘要:

      本发明涉及一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,包括双脉冲激光诱导击穿模块、光谱采集模块、主控与数据处理模块和液体载流模块四部分.双脉冲激光诱导击穿模块采用双脉冲合束激光系统,配合扩束聚焦镜组,能够实现激光光束自动聚焦.光谱采集模块采用三路光谱采集系统,能够增大光谱采集范围,提高光谱分辨率,满足多元素同时测量要求.主控与数据处理模块用于控制其它各模块协调工作,同时完成光谱测试与数据分析.液体载流模块能够将产生稳定的竖向束流,束流为定常层流,适用于牛顿液体在线成分检测,同时该模块能够对检测过程产生液滴溅射进行防护,降低在线成分检测设备光学元器件的污染情况,极大提高检测设备的可用性和维护性.

    • 专利类型:

      发明专利

    • 申请/专利号:

      CN201810230193.8

    • 申请日期:

      2018.03.20

    • 公开/公告号:

      CN110308119A

    • 公开/公告日:

      2019-10-08

    • 发明人:

      孙兰香 郑黎明 齐立峰 于海斌 曾鹏

    • 申请人:

      中国科学院沈阳自动化研究所

    • 主分类号:

      G01N21/63(2006.01),G,G01,G01N,G01N21

    • 分类号:

      G01N21/63(2006.01),G01N21/01(2006.01),G,G01,G01N,G01N21,G01N21/63,G01N21/01

    • 主权项:

      1.一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,其特征在于,包括: 双脉冲激光诱导击穿模块(100),将两束激光合束,再扩束后聚焦在液体样品(500)上,在液体样品(500)的击穿处产生等离子体发射光谱; 光谱采集模块(200),采集液体样品(500)被击穿处产生的等离子体发射光谱,并将光谱信息上传给主控与数据处理模块(300); 主控与数据处理模块(300),分别连接双脉冲激光诱导击穿模块(100)、光谱采集模块(200)、液体载流模块(400),控制上述三个模块协调工作,对等离子体光谱的多元素浓度含量进行测定; 液体载流模块(400),用于将液体样品(500)产生定常层流液柱,并且对液柱流动状态和等离子体发射光谱进行监控,以及通过其内部的风墙和气刀对检测过程产生液滴溅射进行隔离,避免分析仪的光学系统受到污染. 2.根据权利要求1所述的一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,其特征在于,所述双脉冲激光诱导击穿模块(100)包括:双脉冲合束分系统(101)、多个反射镜(102)、扩束聚焦镜组(103)、微调焦机构(104)、激光窗口(105)、光学腔体(106); 所述的双脉冲合束分系统(101)实现其内部两个激光器(1011)出射线偏振光束的精确合束;双脉冲合束分系统(101)的出射光束经过若干个反射镜(102)反射,入射至扩束聚焦镜组(103),然后扩束聚焦后的激光经过激光窗口(105)击打在定常层流液柱的液体样本(500)上;所述的扩束聚焦镜组(103)由共轴的扩束镜(103-1)和聚焦镜(103-2)组成;微调焦机构(104)能够沿光轴调整聚焦镜(103-2)的空间位置,实现双脉冲激光诱导击穿模块(100)聚焦长度的调整;光学腔体(106)用于固定和密封光学元件. 3.根据权利要求1所述的一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,其特征在于,所述光谱采集与处理模块(200)包括三路光谱采集子模块,每一路光谱采集子模块均由收集镜,光纤(204)和光谱仪(205)构成;等离子体发射光谱首先被收集镜聚焦耦合进入光纤(204),然后传递至光谱仪(205),最终光谱仪(205)对所需波段的等离子体光谱信息进行采集. 4.根据权利要求1所述的一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,其特征在于,所述主控与数据处理模块(300)包括:计算机(301),控制板(302); 计算机(301)对等离子体光谱信息的多元素浓度含量进行测定; 控制板(302)连接计算机(301),并在其控制下产生不同频率、脉冲精度达到纳秒量级的脉冲信号,触发光谱采集模块(200)的光谱仪(205)、液体载流模块(400)的CCD成像系统(404)、双脉冲激光诱导击穿模块(100)的激光器(1011)工作. 5.根据权利要求1所述的一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,其特征在于,所述液体载流模块(400)为可拆卸的外挂式结构,包括:载流生成系统(401)、防护系统(402)、清洗系统(403)、CCD成像系统(404)、载流箱体(405); 所述的载流生成系统(401)采用重力自压产生定常层流束流;由上料管路及驱动机构(4011)、上储液箱(4012)、溢流箱(4013)、溢流管(4014)、连接软管(4015)、导流管及其位置调整机构(4016)、喷嘴(4017)构成;所述上料管路及驱动机构(4011)设置在上储液箱(4012)上方,上储液箱(4012)下端出口、连接软管(4015)、导流管及其位置调整机构(4016)的导流管(4016-1)、喷嘴(4017)依次连接;溢流箱(4013)设置在上储液箱(4012)的一侧,且其下端出口连接溢流管(4014); 所述的防护系统(402)采用高速风墙和气刀用于溅射液滴防护; 所述的清洗系统(403)采用高速水流对防护系统(402)的内防护管(4021-1)的激光与发射光谱窗口进行清洗; 所述的CCD成像系统(404)由CCD传感器(4041)、成像镜头(4042)、成像反射镜(4043)、快门机构(4044)、防护壳(4045)构成;CCD成像系统(404)对液体流和等离子体状态进行监测;CCD传感器接收触发信号;成像镜头(4042)用于调整镜头焦距;成像反射镜(4043)将成像光路角度进行偏转至成像镜头(4042);快门机构(4044)布置在成像光路上; 所述的载流箱体(405)是液体载流模块的外壳,用于对内部元器件进行保护和对激光辐射进行防护. 6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种载流式激光诱导击穿光谱在线成分分析仪,其特征在于,所述液体样本(500)为纯净物液体、溶液、悬浊液、乳浊液,且液体特性为牛顿液体.