CN105784679B - 用于不规则样品检测的激光诱导击穿光谱样品室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于不规则样品检测的激光诱导击穿光谱样品室，包括透明密闭的腔室，腔室的底部中间设有可旋转升降平移的位移台；所述腔室的顶部设有支撑架，所述支撑架包括两平行且同步的第一滚珠丝杠，每个第一滚珠丝杠上配合有滑块，两滑块之间搭接有第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠装配可移动的台架，所述台架上安装有进行线扫描测量以确定样品待测点Z坐标的激光测距传感器；所述腔室的两侧对称安装CCD相机，用于确定样品待测点的X、Y坐标。本发明实现了对不规则靶样品全方位、多角度坐标信息的采集，提高了激光烧蚀点的准确定位，避免了烧蚀能量差异带来的误差。
Description
技术领域
本发明涉及激光诱导击穿光谱检测技术，尤其涉及一种用于不规则样品检测的激光诱导击穿光谱样品室。
背景技术
激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectrocopy,LIBS)是近年来新兴的原子发射光谱技术，该技术无需复杂的样品前处理，分析速度快，可多元素同时分析，在线实时分析，远程分析等优点，而且可以进行极端外部环境下固体、液体及气体样品的组成分析，因而该技术今年来被给予了极大的关注。
然而由于受激光能量，延迟时间和透镜到样品的距离等不可控的实验参数波动以及样品的化学和物理基本效应等许多复杂因素的影响，使得测量精度不够。当前对于特定的激光源，其脉冲宽度，激光波长等都已固定，激光能量的大小也可达到高稳定，所以控制好透镜到样品的距离现在已经成为提高样品检测精度的关键因素。对不规则样品若能及时修正焦点在距样品的距离可以大幅度的提高LIBS技术元素分析精度，进一步降低元素的检测限。
当前对LIBS不规则样品的检测，大部分的实验仪器主要是通过激光对准，再通过位移台的微调进行；国外多款LIBS检测仪主要是使用单个CCD相机，获取样品图像，以上装置都无法实现样品三维图像的采集，完成不规则靶样品的精确坐标定位。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于不规则样品检测的激光诱导击穿光谱样品室，旨在实现对不规则样品的检测，避免因样品表面不平度造成的烧蚀点到样品表面分析点距离的不一。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于不规则样品检测的激光诱导击穿光谱样品室，包括透明密闭的腔室，腔室的底部中间设有可旋转升降平移的位移台；
所述腔室的顶部设有支撑架，所述支撑架包括两平行且同步的第一滚珠丝杠，每个第一滚珠丝杠上配合有滑块，两滑块之间搭接有第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠装配有活动的台架，所述台架上安装有进行线扫描测量以确定样品待测点Z坐标的激光测距传感器；
所述腔室的两侧对称安装用于确定样品待测点X、Y坐标的CCD相机，所述CCD相机设置在可摆动的安装支架上，用于实现镜头的多角度拍摄。
本发明中，通过腔室上部的激光测距传感器对不规则样品进行线扫描，获取不规则靶样品表面的Z坐标，同时两个CCD相机获取靶样品的图片信息判断其X、Y坐标，形成靶样品的三维图像；根据所获得三维图像可以调节靶样品的位置，避免了脉冲激光束烧蚀样品时因距离不同而产生的烧蚀能量差异，保证了实验样品信息提取的可靠性。
进一步的，所述腔室的四周设置可升降的卷帘，可控制腔室内部的明暗环境，为不同的实验设置背景。
进一步的，所述的腔室由双层玻璃隔成，具有较好的隔热效果，控制腔室内稳定的环境温度。
进一步的，所述台架的底部设有固定激光测距传感器用的夹爪，便于激光测距传感器的装配和拆卸；夹爪悬挂在台架的底部，且夹爪与台阶通过伸缩式结构连接，也可调节激光测距传感器的高度。
进一步的，所述的夹爪采用热塑性塑料材料，具有较强的伸缩性，适用于不同尺寸的激光测距仪。
进一步的，所述位移台上设有深度渐变的阶梯型凹槽，用于固定类球形物体。
进一步的，所述腔室内侧壁上安装有干燥器，为激光脉冲激蚀靶样品提供较干燥的环境。
本发明实现了对不规则靶样品全方位、多角度坐标信息的采集，提高了激光烧蚀点的准确定位，避免了烧蚀能量差异带来的误差。
附图说明
图1是本发明的结构主视剖面图。
图2是本发明的台架结构示意图。
图3是滚珠丝杠与滑块的装配图。
图4是夹爪三维结构简图。
图中：1.DSP控制器，2.激光测距传感器，3.滑块，4.CCD相机，5.干燥器，6.圆柱形位移台，7.位移台电控箱，8.PC机，9.LED灯，10.卷帘，11.台架，11.PLC控制器，12.滚珠丝杠，13.滚珠丝杠，14.圆柱铁杆，15.步进电机，16.步进电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的激光诱导击穿光谱样品室作进一步详细描述。
如图1所示的激光诱导击穿光谱样品室，包括腔体装置单元、靶样品定位单元、固定支撑单元和三维位移控制箱。
腔体装置单元具有可开启的透明密闭双层玻璃腔室，腔室的四周设置可升降的卷帘10，在腔室的侧壁装有LED灯9，腔室中间安装有可旋转升降平移的圆柱形位移台6，腔室侧壁上安装有的干燥器5。
靶样品定位单元：包括两个CCD摄像机4、激光测距传感器2、PC机8和DSP控制器1；其中CCD相机4与PC机8相连，PC机8与DSP控制器1的一端电连接，另一端DSP控制器与脉冲激光器电连接。
固定支撑单元如图2所示，方形支撑架安装在玻璃腔室的顶部，滑块3安装在滚珠丝杠12上，如图3所示，由步进电机15驱动滚珠丝杠12转动，另两侧为光滑圆柱铁杆14；两滑块中间由滚珠丝杠13连接，由安装在滑块侧部的步进电机16驱动，在该丝杠上装配有安装激光测距传感器的台架11，台架上步进电机的驱动由PC机上的驱动软件完成。
方形支撑架上的滑块3上固定安装激光测距传感器2，传感器可以在滑块3上匀速滑动，进行线扫描测量，确定不规则样品待测点的Z坐标。
腔室的两侧对称安装CCD相机4，CCD相机4的镜头可上下左右摆动，指向转至激光测距传感器2下方的样品台的凹槽，确定不规则样品待测点的X、Y坐标。
装配在滚珠丝杠13上用来安装激光测距传感器2的台架11为悬挂式，台架11的底部设有可以伸缩并用来固定激光测距传感器2的夹爪，见图4。本实施例中，用来固定激光测距仪的夹爪采用热塑性塑料材料，具有较强的伸缩性，适用于不同尺寸的激光测距仪。
圆柱形位移台6上设置有深度不一的阶梯型凹槽，可以用来实现类球形物体的固定。
安装在腔室侧壁上的干燥器5，为激光脉冲激蚀靶样品提供较干燥的环境。
腔室的四周设置可升降的卷帘10，可控制腔室内部的明暗环境，为不同的实验设置背景。
本实施例中，采用激光诱导击穿光谱样品室的具体操作过程如下：
将带有激光测距传感器2的方形支撑架安装在腔室的顶部，在样品的侧壁上对称安装有两台CCD相机4，实验开始时，在PC机8上设置脉冲激光器的能量值和与激光能量值对应的激光烧蚀点的坐标，然后将待测的靶样品放置在圆柱形位移台6上，通过靶样品定位系统采集样品的X、Y、Z坐标，并将获得的图像通过传输线传输到PC机8，经图像分析软件对CCD相机4所获得图像和激光测距传感器所获取的Z坐标信息进行融合，绘制出靶样品的三维坐标图，进而得到靶样品所有点的X、Y、Z坐标值，将得到的坐标值与实验前设置的激光烧蚀点的坐标值计算比较，并将计算得到的差值数据传送给DSP控制器1，DSP控制器1根据差值的大小，确定靶样品的烧蚀点及其坐标值，同时将坐标实际值与设定值的差值传输给位移台电控箱7，调节位移台高度，直至与实验设定坐标值一致。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于不规则样品检测的激光诱导击穿光谱样品室，其特征在于，包括透明密闭的腔室，腔室的底部中间设有可旋转升降平移的位移台；
所述腔室的顶部设有支撑架，所述支撑架包括两平行且同步的第一滚珠丝杠，每个第一滚珠丝杠上配合有滑块，两滑块之间搭接有第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠装上配有可移动的台架，所述台架上安装有进行线扫描测量以确定样品待测点Z坐标的激光测距传感器；
所述腔室的两侧对称安装用于确定样品待测点X、Y坐标的CCD相机，所述CCD相机设置在可摆动的安装支架上；
所述腔室的四周设置可升降的卷帘；所述位移台上设有深度渐变的阶梯型凹槽，用于固定类球形物体。
2.如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱样品室，其特征在于，所述的腔室由双层玻璃隔成。
3.如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱样品室，其特征在于，所述台架的底部设有固定激光测距传感器用的夹爪。
4.如权利要求3所述的激光诱导击穿光谱样品室，其特征在于，所述的夹爪采用热塑性塑料材料。
5.如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱样品室，其特征在于，所述腔室内侧壁上安装有干燥器。
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