[发明专利]一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置及方法

权利要求书

1.一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于，包括：控制系统（1），环境探测模块（2），恒温机箱（4），包含于恒温机箱（4）内部的双脉冲激光发射模块、光谱采集分析模块，以及设置在恒温机箱（4）外部的摄像头模块（3）；所述控制系统（1）分别与环境探测模块（2）、摄像头模块（3）电连接；

所述双脉冲激光发射模块进一步包括：控制器Ⅰ（5）、聚焦透镜组（7）、双脉冲激光器（6）；所述控制器Ⅰ（5）与控制系统（1）电连接，且根据控制系统（1）的指令控制双脉冲激光器（6）发出激光脉冲，经光谱采集分析模块的二相色镜（8）反射再经聚焦透镜组（7）聚焦在被测样品（11）表面，聚焦激光脉冲烧蚀被测样品（11）表面并形成等离子体（12）；

所述光谱采集分析模块进一步包括：控制器Ⅱ（9）、收集透镜组（13）、光谱仪（10）、光谱分析单元（15）；所述等离子体（12）的光谱信号经过聚焦透镜组（7）再经收集透镜组（13）后聚焦到传输光纤（14）端面上，经过光纤传输后射入光谱仪（10）记录并保存；所述光谱分析单元（15）通过USB或其他等信号传输线与光谱仪（10）连接；所述光谱分析单元（15）内存有光谱数据库、光谱学参数和仪器参数信息，能对光谱仪（10）中的光谱数据进行解析换算，并将结果传回控制系统（1），光谱分析单元（15）与控制系统（1）电连接；所述光谱分析单元（15）数据库中存储有所有元素的原子、离子、分子发射谱线的波长信息，通过对比光谱仪（10）记录等离子体12光谱中线状谱，能识别出等离子体12种所含元素种类，并根据光谱仪（10）所记录的各元素发射谱线强度值结合光谱学参数、仪器参数，得到各元素含量；所述光谱仪（10）依次与控制器Ⅱ（9）、的光谱分析单元（15）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于，所述恒温机箱（4）进一步包括：转动支架（16），所述转动支架（16）连接恒温机箱（4）和其他传动装置，并根据控制系统（1）的指令调整并固定恒温机箱（4）的姿态。

3.根据权利要求1所述的一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于，所述恒温机箱（4）内部设有温度调节模块。

4.根据权利要求1所述的一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于，所述收集透镜组（13）由若干透镜、滤波片组成。

5.一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析方法，包括以下步骤：

步骤1：控制系统（1）根据摄像头模块（3）中摄像头所拍摄图像提取出被测样品（11）的精确位置；

步骤2：控制系统（1）控制双脉冲激光发射模块调整激光束发射方向及聚焦状态；同时，控制系统（1）控制光谱采集分析模块的收集透镜组（13）调整好方向及焦距，做好光谱收集的准备；

步骤3：控制系统（1）发出指令到环境探测模块（2），对月球环境进行初步测量，并将气压、成分各个信息回馈给控制系统（1）；所述控制系统（1）根据环境参数从控制系统（1）的数据库中读出最佳参数；所述控制系统（1）相当于一台计算机，内部有事先写入的数据库，当传感器探测到环境参数，将信号输入控制系统（1）（计算机）内部软件与数据库数据对比，调出下一步实验参数，输出给相应设备； 

步骤4：控制系统（1）根据上述最佳参数，控制双脉冲激光发射模块按一定时序先后发射两个激光脉冲，同时控制系统（1）根据光谱仪（10）延迟时间参数采集分析被测样品（11）所产生的等离子体（12）发射光谱信号；

步骤5：光谱分析单元（15）对光谱仪（10）记录的光谱数据进行解析，并给出被测样品（11）所含的各种成分的含量信息，传给控制系统（1）；

步骤6：三维成像的深度分布测量；可重复激光双脉冲发射光谱收集过程，获得一个测量位置不同深度的光谱数据，完成该位置的深度测试后，控制系统（1）控制双脉冲激光发射模块和光谱采集分析模块同步移动到下一测量位置进行深度测试，完成后继续移动，直至扫描全部待测的区域；

步骤7：根据不同位置所测得的光谱数据，推算出不同位置各元素的含量值，进而绘制出不同元素的三维空间分布情况；

步骤8：控制系统（1）将所得到的光谱数据及分析结果以数据包形式通过无线电信息传输系统传回地球控制室。

6.根据权利要求5所述的一种双脉冲激光诱导击穿光谱分析方法，其特征在于，所述步骤3中的最佳参数为激光脉冲模式及双脉冲间延迟时间、光谱仪门延迟时间、门宽等参数。