[发明专利]具有自调整校准功能的激光感生光谱测量装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光感生光谱测量技术，具体是一种具有自调整校准功能的激光感生光谱测量装置及控制方法。

背景技术

激光感生光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一种新型光谱分析技术，利用聚焦的强脉冲激光激发物质产生等离子体，通过分析等离子体中的原子或离子发光光谱获得物质元素成分含量信息，实现对样品的元素分析。LIBS技术具有样品制备简单、多元素同步分析、分析速度快等优点，因此该技术被广泛应用于各种物质的定性或定量分析，有着巨大的实用价值。目前，LIBS技术已经应用于环境污染监测、工业产品检测和考古分析等领域。

在采用激光感生光谱技术进行物质元素成分分析时，需要将激光聚焦在被分析物质表面下某一负离焦量处，即激光聚焦点的位置要控制在被分析物质表面下、满足测量要求的距离范围内，此外，入射激光的离焦量变化对等离子体的形成影响较大，决定了等离子体产生的效率和效果，而且准确控制激光的聚焦点位置可以提高激发的功率密度，在相同功率密度的情况下则可降低脉冲激光源的功率；另外，需要将光纤探头对准激光激发出来的等离子体，才能高效、有效采集脉冲激光激发产生的等离子体发出的特征光谱，减少杂散光和背景光的影响，最大限度的提高所采集特征光谱的强度，才能提高分析的精度。

因此，激光聚焦点位置的控制与光纤探头的对准控制是激光感生光谱技术的两大重点。而现有激光感生光谱测量装置中都难以保证激光聚焦点位置的精确控制和光纤探头的准确对准，本领域的技术人员总要在设备和试验装置的调试中做很多工作，经过反复调整才能获得一个较为理想的设备状态，但是该状态却不能保证其最优性和多次调整的重复性。这是因为在现有激光感生光谱测量装置的调整方法中，激光聚焦点位置的调整是依靠量具测量和人眼观察等离子体发光点来确定的，由于不同人的视差存在差异，必然导致调整的不一致性，而且当样品表面不平整和不规则时，调整的难度和不确定性还会进一步增大。

光纤探头的对准调整除依靠人眼观察外，主要通过观察激光激发物质产生的等离子体在光谱仪中的谱线强弱来实现。但是由于如下原因使得光纤探头对准难度过大，不易实现光纤探头准确对准：1、脉冲激光器激发能量不稳定(通常脉冲激光器激发能量的稳定度在±3％)，两次激发后，光谱仪采集的数据存在较大波动；2、脉冲激光对物质激发后产生的光谱谱线较多，选择适合的波长谱线及稳定光强作为参照量存在难度；3、脉冲激光的不连续性。

另外，考虑到激光感生光谱测量装置在实际应用中的具体情况。虽然激光感生光谱测量装置的各仪器大都有防震动措施和装置，但是难免因工作环境或其他意外因素使设备偏离最佳工作状态，在这种情况下如果没有有效的自调整和校准手段，将难以保证激光感生光谱测量装置正常稳定的工作。

发明内容

本发明为了解决现有激光感生光谱测量装置实现激光聚焦点调整和光纤探头对准的调整方法存在难度大、无法保证调整效果的问题，提供了一种具有自调整校准功能的激光感生光谱测量装置及控制方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：具有自调整校准功能的激光感生光谱测量装置，包括待测物品放置平台、光谱采集分析组件；所述光谱采集分析组件包含光谱仪、受光谱仪控制的脉冲激光器、至少一个经传导光纤与光谱仪相应通道相连的光纤探头，待测物品放置平台置于脉冲激光器的正下方，脉冲激光器的光学窗口与待测物品放置平台正对设置，且脉冲激光器的光学窗口前设置有聚焦透镜；所述测量装置还包括计算机、辅助光源组件、以及计算机经由电控单元控制的对焦调整组件和光纤探头角度调整组件，光谱采集分析组件中的光谱仪与计算机相连；

所述对焦调整组件包括光学放大透镜组、经光学放大透镜组与待测物品放置平台上与聚焦透镜正对区域正对的CCD图像传感器、以及设置于待测物品放置平台下的电动升降机构，CCD图像传感器经接口电路与计算机相连，电动升降机构与电控单元相连；

所述光纤探头角度调整组件由各光纤探头分别配设的电控旋转装置构成，各电控旋转装置与电控单元相连；