CN105092539A - 激光诱导击穿光谱分析仪 - Google Patents

Abstract

一种激光诱导击穿光谱分析仪，包括：激光器、透镜、样品室、光纤、光谱仪、位移平台和光学平台，光学平台的下方设置安装基座，安装基座的上、下底面为平行的两个平面，且上下底面分别大于光学平台的底面，光学平台的底面与安装基座的上底面相贴合；位移平台包括水平位移机构和竖直位移机构，水平位移机构构成位移平台的基础，竖直位移机构设置在水平位移机构上；竖直位移机构的上端设置样片平衡器，待测样片固定在样片平衡器中。本发明在竖直位移机构的上端设置样片平衡器，通过样片平衡器固定样片，并通过样片平衡器使样片的上表面保持水平状态，减少因为样片压制的不规则偏差导致的测量结果误差，从而进一步提高分析仪的测量精度和稳定性。

Description

激光诱导击穿光谱分析仪

技术领域

本发明涉及样品采样分析的技术领域，具体说是一种激光诱导击穿光谱分析仪。

背景技术

激光诱导击穿光谱法(LaserInducedBreakdownSpectroscopy)简称为LIBS，是由美国LosAlamos国家实验室的DavidCremers研究小组于1962年提出和实现的。自从1962年该小组成员Brech最先提出了用红宝石微波激射器来诱导产生等离子体的光谱化学方法之后，激光诱导击穿光谱技术开始被广泛应用于气体、液体和固体等各个领域。

近三十年来，激光诱导击穿光谱测量技术在各行各业都有不同程度的应用。早期，运用LIBS装置研究如何提高测量精度；到上个世纪九十年代中期开始出现了便携式半定量的成品仪器，LIBS仪器开始向经济型方向发展，其运用也更加广泛。当前的激光诱导击穿光谱技术主要应用于冶金和矿业、燃烧、水和土壤污染、空气污染和环境监测、艺术品及染料鉴定等行业，尤其是在工业环境恶劣的领域如矿业、冶金等方面的应用更突显出该方法的优越性。

激光诱导击穿光谱技术基于原子光谱和离子光谱的波长与特定的元素一一对应的关系，而且光谱信号强度与对应元素的含量也具有一定的量化关系，激光经透镜聚焦在样品表面，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量时，就会在局部产生等离子体，称作激光诱导等离子体。等离子体随着向外界环境膨胀过程而逐渐冷却，并发射表征样品组分信息的光谱，利用光电探测器和光谱仪对等离子体发射光谱进行采集。通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品组分的类别和含量信息。

现有技术中的激光诱导击穿光谱分析仪，一般包括：激光器、透镜、样品室、光纤、光谱仪、位移平台和光学平台；其中激光器为激光发生装置，设置在样品室上方，发射脉冲激光；透镜，包括聚焦透镜和搜集透镜，设置在样品室内部的上端，聚焦透镜设置在激光器向样片发射的光路中，而搜集透镜设置在光纤前端；光纤与光谱仪相连接；位移平台设置在样品室内，位移平台的上顶面一般保持水平状态，承托样片；样品室固定设置在光学平台上。

随着激光诱导击穿光谱分析仪逐渐向便携化和小型化发展，其稳定性不足的缺点逐渐展现出来，由于整机质量较小，容易因环境中的震动导致测量结果出现偏差。现有分析仪的位移平台普遍采用以竖直位移机构为基础的结构，水平位移机构设置在竖直位移机构上，位移方式采用先竖直方向移动后水平方向移动的顺序，导致竖直位移机构上受力较大，容易产生稍许形变影响测量结果。另外现有技术中的分析仪在检测过程中都采用将样片直接放置在位移平台上的方式，由于样片在压制过程中无法保证形状完全统一一致，从而会导致激光的入射方式和等离子体的发射光谱发生细微偏差，最终导致检测结果也出现相应偏差。

　　发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种激光诱导击穿光谱分析仪。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:

本发明的激光诱导击穿光谱分析仪，包括：激光器、透镜、样品室、光纤、光谱仪、位移平台和光学平台；其中激光器为激光发生装置，设置在样品室上方，发射脉冲激光；透镜，包括聚焦透镜和搜集透镜，设置在样品室内部的上端，聚焦透镜设置在激光器向样片发射的光路中，而搜集透镜设置在光纤前端；光纤与光谱仪相连接；位移平台设置在样品室内，承托样片；样品室固定设置在光学平台上，光学平台的下方设置安装基座，安装基座的上、下底面为平行的两个平面，且上下底面分别大于光学平台的底面，光学平台的底面与安装基座的上底面相贴合；位移平台包括水平位移机构和竖直位移机构，水平位移机构构成位移平台的基础，竖直位移机构设置在水平位移机构上；竖直位移机构的上端设置样片平衡器，待测样片固定在样片平衡器中。

本发明还可以采用以下技术措施：

所述的安装基座为一体成型的平行六面体结构。

所述的驱动竖直位移机构的电机固定在水平位移机构上。

所述的样片平衡器包括：顶盖、底座和托盘；其中顶盖与底座相固定，内部形成中空的空间，托盘设置在上述空间内，在托盘与底座之间设置支撑弹簧；顶盖上分别设置连通顶盖和托盘之间空间的插入口和检测开口，检测开口小于样片的横截面，由插入口插入的样片被托盘压迫固定，样片与顶盖的内壁相贴合且其上表面从检测开口中露出。

所述的顶盖、底座和托盘都为圆形结构且同轴设置，顶盖上的检测开口是与顶盖同轴的圆孔。

所述的托盘的上表面设置样片导入槽，样片导入槽的开口端与顶盖上的插入口位置对应。

所述的托盘的底面设置圆形凹槽，在底座上固定设置弹簧芯轴，上述圆形凹槽与弹簧芯轴位置对应，弹簧固定设置在圆形凹槽和弹簧芯轴之间。

所述的顶盖上设置高度调节孔，高度调节按钮穿过高度调节孔与托盘相固定。

所述的顶盖上部设置背离插入口的方向的退出口，退出口与检测开口连通。

在样片平衡器和位移平台中竖直位移机构的上部顶面之间分别设置相互配合的定位结构。

本发明具有的优点和积极效果是:

本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中，将水平位移机构作为位移平台的基础，竖直位移机构设置在水平位移机构上，运动方式采用“先水平、后竖直”的方式，且将电机等附属物与竖直位移机构相分离，从而保证了竖直位移机构的顶面即载物平面始终处于水平状态，减小了机构误差。在竖直位移机构的上端设置样片平衡器，通过样片平衡器固定样片，并通过样片平衡器使样片的上表面保持水平状态，减少因为样片压制的不规则偏差导致的测量结果误差，从而进一步提高分析仪的测量精度和稳定性。另外在光学平台的下方设置安装基座，能够进一步提高分析仪的稳定性和抗震性能，从而提高分析仪测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪的结构示意图；

图2是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪的正面视图；

图3是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中位移平台的结构示意图；

图4是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中透镜的结构示意图；

图5是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中样片平衡器的外部结构示意图；

图6是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中样片平衡器的分解图；

图7是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中样片平衡器的俯视图；

图8是本发明的激光诱导击穿光谱分析仪中样片平衡器A-A向剖面图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。

如图1至图4所示，本发明的激光诱导击穿光谱分析仪，包括：激光器1、透镜2、样品室3、光纤（未图示）、光谱仪（未图示）、位移平台4和光学平台5；其中激光器1为激光发生装置，设置在样品室3上方，发射脉冲激光；透镜2，包括聚焦透镜2a和搜集透镜2b，设置在样品室内部的上端，聚焦透镜设置在激光器向样片发射的光路中，而搜集透镜设置在光纤前端；光纤与光谱仪相连接；位移平台设置在样品室内，承托样片；样品室固定设置在光学平台上，光学平台5的下方设置安装基座6，安装基座的上、下底面为平行的两个平面，且上下底面分别大于光学平台的底面，光学平台的底面与安装基座的上底面相贴合，使光学平台平稳地放置在安装基座之上，提高光学平台在工作时的稳定性；位移平台包括水平位移机构4a和竖直位移机构4b，水平位移机构构成位移平台的基础，竖直位移机构设置在水平位移机构上，水平位移机构承载位移平台的整体重量，从而避免竖直位移平台上受力过大而导致测量误差；竖直位移机构的上端设置样片平衡器7，待测样片固定在样片平衡器中，通过样片平衡器校正样片在测量时的位置，使样片的上表面保持水平状态，即使激光垂直打在样片的上表面上，减少测量误差。

安装基座6为一体成型的平行六面体结构，安装基座可采用金属制成，以提高安装基座自身的重量和抗震性，进而提高分析仪在工作时的稳定性。

驱动竖直位移机构的电机（未图示）固定在水平位移机构上，以减少外力对竖直位移机构的影响，从而保证竖直位移机构的上端面保持水平状态，减小测量误差。

如图5至图8所示，样片平衡器7包括：顶盖8、底座9和托盘10；其中顶盖与底座相固定，内部形成中空的空间，托盘设置在上述空间内，在托盘与底座之间设置支撑弹簧11；顶盖上分别设置连通顶盖和托盘之间空间的插入口12和检测开口13，检测开口小于样片的横截面，由插入口插入的样片14被托盘压迫固定，样片与顶盖的内壁相贴合且其上表面从检测开口中露出。

本实施例中的顶盖、底座和托盘都为圆形结构且同轴设置，顶盖上的检测开口13是与顶盖8同轴的圆孔。托盘10的上表面设置样片导入槽15，样片导入槽的开口端与顶盖上的插入口位置对应，而导入槽的尽头位置也与检测开口的位置对应，当样片沿插入口和导入槽插入到样片平衡器中时，插到导入槽尽头即保证样片与光路的位置对应，从而提高了分析仪的易用性。

本实施例中样片平衡器的底座插入到顶盖中，然后通过顶盖侧壁上贯通的螺钉16将顶盖与底座相互固定，而两者的固定方式并不局限于此，只要保证顶盖与底座在固定后两者处于稳固状态不发生位移和松动即可。

托盘的底面设置圆形凹槽，在底座上固定设置弹簧芯轴17，上述圆形凹槽与弹簧芯轴位置对应，支撑弹簧11固定设置在圆形凹槽和弹簧芯轴之间，以保证弹簧的力竖直向上，从而保证了托盘对样片的弹力支撑作用。

顶盖上设置高度调节孔，高度调节按钮18穿过高度调节孔与托盘10相固定，通过高度调节按钮可以将托盘按下，以便于样片的插入和取出，同时也可以通过高度调节按钮对托盘上样片的空间位置进行微调，以提高检测的准确性。

顶盖上部设置背离插入口的方向的退出口19，退出口与检测开口连通，通过退出口可以方便的将样片由样片平衡器中取出，以提高样片平衡器的易用性。

在样片平衡器和位移平台中竖直位移机构的上部顶面之间分别设置相互配合的定位结构20。样片平衡器和位移平台的顶部可以为一体成型的结构，也可以作为分体结构，通过在样片平衡器和位移平台上设置的定位结构可以将样片平衡器方便而准确的放置在位移平台上，以保证样片的放置位置对准光路，从而提高了分析仪和样片平衡器的易用性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种激光诱导击穿光谱分析仪，包括：激光器、透镜、样品室、光纤、光谱仪、位移平台和光学平台；其中激光器为激光发生装置，设置在样品室上方，发射脉冲激光；透镜，包括聚焦透镜和搜集透镜，设置在样品室内部的上端，聚焦透镜设置在激光器向样片发射的光路中，而搜集透镜设置在光纤前端；光纤与光谱仪相连接；位移平台设置在样品室内，承托样片；样品室固定设置在光学平台上，其特征在于：光学平台的下方设置安装基座，安装基座的上、下底面为平行的两个平面，且上下底面分别大于光学平台的底面，光学平台的底面与安装基座的上底面相贴合；位移平台包括水平位移机构和竖直位移机构，水平位移机构构成位移平台的基础，竖直位移机构设置在水平位移机构上；竖直位移机构的上端设置样片平衡器，待测样片固定在样片平衡器中。

2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：安装基座为一体成型的平行六面体结构。

3.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：驱动竖直位移机构的电机固定在水平位移机构上。

4.根据权利要求1、2或3所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：样片平衡器包括：顶盖、底座和托盘；其中顶盖与底座相固定，内部形成中空的空间，托盘设置在上述空间内，在托盘与底座之间设置支撑弹簧；顶盖上分别设置连通顶盖和托盘之间空间的插入口和检测开口，检测开口小于样片的横截面，由插入口插入的样片被托盘压迫固定，样片与顶盖的内壁相贴合且其上表面从检测开口中露出。

5.根据权利要求4所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：顶盖、底座和托盘都为圆形结构且同轴设置，顶盖上的检测开口是与顶盖同轴的圆孔。

6.根据权利要求5所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：托盘的上表面设置样片导入槽，样片导入槽的开口端与顶盖上的插入口位置对应。

7.根据权利要求6所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：托盘的底面设置圆形凹槽，在底座上固定设置弹簧芯轴，上述圆形凹槽与弹簧芯轴位置对应，弹簧固定设置在圆形凹槽和弹簧芯轴之间。

8.根据权利要求7所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：顶盖上设置高度调节孔，高度调节按钮穿过高度调节孔与托盘相固定。

9.根据权利要求8所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：顶盖上部设置背离插入口的方向的退出口，退出口与检测开口连通。

10.根据权利要求1或9所述的激光诱导击穿光谱分析仪，其特征在于：在样片平衡器和位移平台中竖直位移机构的上部顶面之间分别设置相互配合的定位结构。