[发明专利]一种快速优化激光诱导击穿光谱透镜距离的装置及方法

说明书

一种快速优化激光诱导击穿光谱透镜距离的装置及方法，属于等离子体发射光谱测量设备及方法技术领域，用于快速优化激光诱导击穿光谱透镜与样品表面距离。其技术方案是：汇聚透镜部分位于激光器与样品夹持部分之间，样品夹持在样品夹持部分中，收光部分与光谱仪相连接。汇聚透镜部分的转接板与激光器出光口相连接，四个滑动杆的上端与转接板连接，汇聚透镜镜圈圆周可以沿着四个滑动杆上下滑动，汇聚透镜固定在汇聚透镜镜圈中心部位，汇聚透镜镜圈与千分尺的手轮为联动连接。本发明调整精度高、成本低、体积小，可以达到最优化的LTSD，对改善光谱信号强度、烧蚀面积、烧蚀深度及光谱信号稳定性都有良好作用，提高了激光诱导击穿光谱测量精度。

技术领域

本发明涉及一种快速优化激光诱导击穿光谱透镜与样品表面距离的装置及方法，属于等离子体发射光谱测量设备及方法技术领域。

背景技术

激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术是一种原子发射光谱法，其工作流程为：利用脉冲激光器发出一定频率、一定能量的脉冲激光，经过汇聚透镜系统聚焦在样品表面，诱导剥蚀样品并产生等离子体，等离子体信号经收光系统送入光谱仪进行探测及分析处理，实现对待测样品定性、定量分析。LIBS技术具有简便、快速、无需繁琐样品制备、多元素同时检测等优势，在钢铁行业中广泛推广LIBS方法可为用户带来特别的利益。

激光诱导等离子体是一个瞬态多变的过程，LIBS对样品检测时，汇聚透镜到样品表面距离（Lens-to-sample distance, LTSD）是影响等离子体特性的一个重要因素，LTSD的优化对光谱信号强度、烧蚀面积、烧蚀深度及光谱信号稳定性都有极大影响，从而影响了LIBS技术检测精密度及准确性。

目前，国内外研究者常常采用高精密平移台承载样品或汇聚透镜进行移动的方式改变LTSD，高精密平移台虽然调整精度较高，但成本高、体积大，而且电动平移台还需要配备电控箱，不适用于初步试验研究及后期设备集成。

对于各个待测样品，形状各异，高度不同、平整度不同，为保证各个样品的检测面一致，还需配置样品夹持装置。中国专利申请号201620434002.6和201820032976.0分别公开了“[l1] 种激光诱导击穿光谱检测固体试样的夹持装置”和“一种激光诱导击穿光谱检测不规则固体试样夹持装置”，这两项专利提供了一种样品夹持定位模块，这种样品夹持定位模块可以用于固定待测样品，并可自适应样品的高度及规格，保证各样品的检测面均一致，进而保证了实验功率密度一致。

由于光学系统的像差、色差等影响，汇聚透镜实际焦距（实际焦平面位置）往往与标称焦距不重合，利用软件模拟又需要大量机械尺寸定位，寻找焦平面比较复杂。

调整位置后在不同的LTSD处进行实验，得到的大量光谱数据需要进行分析处理及对比，如信号强度、信号波动性等，从而确定最优LTSD，整个实验、处理及比较的过程较为繁琐，快速处理的软件涉及保密往往成本较高。

综上所述，本领域目前存在着发展一种快速优化LTSD的装置及方法的技术需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速优化激光诱导击穿光谱透镜距离的装置及方法，这种装置及方法能够解决目前LIBS设备在成分检测过程中的LTSD调整繁琐、成本高、处理过程复杂的问题，快速优化位置参数，提升信号稳定性进而提高检测准确性。

解决上述技术问题的技术方案是：