CN108088835A - 一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，包括密封舱和设置在所述密封舱内部的进样装置、固液分离装置、释样装置以及激光诱导击穿光谱检测系统；所述进样装置用于接收外部的包含液体和待测的固体样品的固液混合物；所述固液分离装置的入口连接所述进样装置的出口，出口连接所述释样装置的入口，所述固液分离装置用于将所述固液混合物中的液体与固体样品分离；所述激光诱导击穿光谱检测系统用于对所述固液分离装置中分离出的所述固体样品照射激光，检测所述固体样品表面的光谱。本发明的水下检测系统，可对水下的待测固体样品成分进行原位、实时分析。

Description

一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统

【技术领域】

本发明涉及水下原位分析技术，特别是涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统。

【背景技术】

在水下探测领域，多是通过水面舰艇、载人潜水器采集样品，然后送回实验室进行分析。这样不仅需耗费大量人力物力，同时分析出的数据也不具有实时性，无法对有价值的信息作进一步验证。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，可对水下的待测固体样品成分进行原位、实时分析。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，包括密封舱和设置在所述密封舱内部的进样装置、固液分离装置、释样装置以及激光诱导击穿光谱检测系统；所述进样装置用于接收外部的包含液体和待测的固体样品的固液混合物；所述固液分离装置的入口连接所述进样装置的出口，出口连接所述释样装置的入口，所述固液分离装置用于将所述固液混合物中的液体与固体样品分离；所述激光诱导击穿光谱检测系统用于对所述固液分离装置中分离出的所述固体样品照射激光，检测所述固体样品表面的光谱。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的水下检测系统，通过将待测的固体样品与水一起送入进样装置中，然后在固液分离装置中将待测的固体样品与水进行分离，从而排除水对检测的干扰，进而结合激光诱导击穿光谱检测系统实现对分离出的固体样品的原位、实时分析检测。本发明能够实现激光电离源分析仪器在水下的无干扰检测，使得将激光诱导击穿光谱这一类分析仪器在水下应用成为可能。本发明的可拓展性强，能够加装不同模块以适应不同类别的分析仪器的需求。本发明采用模块化设计，可靠性高，便于制造与推广。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式的水下检测系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式的固液分离装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式的固液分离装置与进样装置、释样装置之间的位置关系示意图；

图4是本发明具体实施方式的释样装置的结构示意图；

图5是本发明具体实施方式的水下检测系统的工作原理示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的构思是：激光电离源分析仪器包括激光诱导击穿光谱系统，激光电离源离子迁移谱和质谱。其中激光诱导击穿光谱技术具有实时、远程、在线的分析能力，因此构思将激光诱导击穿光谱技术应用于水下原位检测，特别是深海的原位检测。然而，将激光诱导击穿光谱技术应用于水下的一大难点——水会对激光产生干扰，同时由激光轰击物体表面所产生的等离子体在水中的寿命极短(ns级)，其所散发的光谱强度极低，难以被检测得到。针对水对激光诱导击穿光谱技术检测的干扰，本发明通过进样装置与固液分离装置等装置的配合，将水与要检测的固体样品分离，从而排除水对检测的干扰，能够对水底矿样成分进行原位、实时分析。

如图1所示，为本具体实施方式的水下检测系统的结构示意图。水下检测系统包括密封舱5和设置在密封舱5内部的进样装置1、固液分离装置3、释样装置4以及激光诱导击穿光谱检测系统6。

其中，进样装置1用于接收外部的包含液体和待测的固体样品的固液混合物。固液分离装置3的入口连接进样装置1的出口，出口连接释样装置4的入口。固液分离装置3用于将固液混合物中的液体与固体样品分离。激光诱导击穿光谱检测系统6通过对固液分离装置中分离出的固体样品表面发射高能脉冲激光，将物体表面的一小部分轰击成等离子体团，检测固体样品表面等离子体的光谱，得到物体表面的成分。优选地，进样装置1、释样装置4具有电控阀门，能够在主控电路的驱动下开启和闭合，闭合后具有良好的密封性。

当水下检测系统浸至水下时，通过密封舱5与进样装置1的入口阀门，可保证整个系统的密封。在系统进行进样时，进样装置1的入口阀门开启，水和水中的固体样品一起进入进样装置1，然后进入固液分离装置3。而外围的密封舱5则保障了系统内部的密封性。在系统检测时，进样装置1的出口阀门关闭，固液分离装置3中液体被抽离，从而排除水对激光诱导击穿光谱系统6检测的干扰。优选地，该水下检测系统可与水面的科考船协同配合，在水面科考船的实时控制下，通过外部辅助的水下机械装置在水底初步筛选样品的尺寸，然后将筛选尺寸后的固体样品与水一起送入进样装置1中。

优选地，如图2所示，固液分离装置3包括分离腔33、抽水泵36和废液腔37。分离腔33上开设有进样口33b和释样口33c，通过进样口33b连接前级的进样装置的出口，通过释样口33c连接后级的释样装置的入口。分离腔33的一端为可透过激光的窗口33a，用于接收激光诱导击穿光谱检测系统出射的激光。激光窗口33a可让高能激光穿过，其最外层可镀有激光增透膜，便于将分离腔33内的样品表面电离。分离腔33上还开设有液体抽离口，液体抽离口上装设有防阻塞滤网，液体抽离口通过阀35与抽水泵36连接，抽水泵36用于将液体抽离进废液腔37。通过该装置，可在水下实现高效地分离固体样品与水，从而使待测的固体样品被保留在分离腔33中，从而便于激光诱导击穿光谱系统6通过窗口33a照射激光以电离固体样品的表面进行检测分析。

上述进样口33b为球形进样口，球形进样口33b通过第一球形阀连接进样装置的出口。释样口33c为球形释样口，球形释样口33c通过第二球形阀连接释样装置的入口。通过球形进样口和球形阀可方便控制通道的开启和闭合。

进一步优选地，进样装置1、固液分离装置3和释样装置4在密封舱5内由上至下依次排列，这样，进样装置1与释样装置4中的阀门开启时，与进样装置的入口垂直连通，从而进样与释样仅依靠样品自身重力就可完成，不需要额外的传动装置。如图3所示，为进样装置1、固液分离装置3以及释样装置4的部分结构示意图。进样装置1的出口通过阀门11(例如第一球形阀)连接固液分离装置3的球形进样口。当进样装置1的阀门11开启时，固体样品与水在自身重力的作用下一起进入固液分离装置3的分离腔33内。当分离腔33内有足够的固液混合物后，则关闭进样装置1与固液分离装置3之间的阀门11。同样地，固液分离装置3与释样装置之间通过阀门41连通。当检测完后需要释样时，阀门41开启，固体样品在自身重力的作用下进入释样装置4内。

如图4所示，为释样装置的结构示意图。释样装置4释样阀的下方有二选一通路，以将检测完成的样品分别放入保留腔或废弃腔。具体地，释样装置4包括一腔体、挡板和分选开关42。挡板设置在腔体内，用于将腔体分为保留腔43和废弃腔44两部分。分选开关42设置在挡板上，用于控制腔体的入口与保留腔43、废弃腔44中的一者相通。这样，当释样装置上方的阀门41开启后，根据激光诱导击穿光谱系统6的检测结果控制开关42以控制样品分选通路，从而选择使样品进入保留腔43保留样品或者进入废弃腔44。当废弃腔44放满时，可通过进一步的下方装置(图中未示出)将废弃样品排出。

图5所示为水下检测系统的工作原理示意图。固液分离装置3置于进样装置1与释样装置4之间。检测时，在水面的科考船实时操作下，通过外部辅助的水下机械装置将包含待测固体样品的水放进进样装置1的入口，然后将进样装置1与固液分离装置3之间的阀门开启，固体样品与水一起进入固液分离装置3的腔体内。关闭进样装置1，将水从固液分离装置3中分离。将水抽离后，激光诱导击穿光谱检测系统6通过固液分离装置3表面的窗口对腔体内的固体样品进行扫描式击穿检测，从而得到样品表面的光谱，检测出物质表面的成分。将检测得到的数据实时传输回水面的科考船。检测完成后，释样装置4的入口阀门开启，根据检测结果，控制固体样品进入保留舱或废弃舱内。

优选地，水下检测系统还可包括摄像机和CCD相机以优化激光诱导击穿光谱检测系统6的检测过程。具体地，通过激光诱导击穿光谱系统6对抽离液体后的固体样品进行检测时，通过图5中所示的自动扫描聚焦检测装置的摄像机获取固体样品表面的轮廓，将该轮廓信息反馈给激光诱导击穿光谱系统6的控制电路，从而确定扫描检测范围。此外，对固体样品表面进行扫描式击穿时，还可通过CCD相机捕捉激光光斑大小，该光斑大小信息传输给聚焦装置，用于判断激光的聚焦情况，并将该聚焦情况反馈给激光诱导击穿光谱检测系统的控制电路，控制电路则通过聚焦光路调整焦点。

综上，本具体实施方式的基于激光诱导击穿光谱技术的水下固体矿样检测系统，能够在水下将固体样品与液体分离，排除水对激光电离的干扰，进而通过激光诱导将样品表面电离，实现在水下通过激光诱导击穿光谱对固体矿样进行水下原位检测。通过检测其散发出的光谱，分析其物质成分。本具体实施方式较好地解决了激光诱导击穿光谱技术在水下进行检测时所遇到的水的干扰问题，使得将激光电离源分析仪器在水下应用成为可能，从而可结合激光诱导击穿光谱检测系统实现对水下的固体样品的原位、实时分析检测。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：包括密封舱和设置在所述密封舱内部的进样装置、固液分离装置、释样装置以及激光诱导击穿光谱检测系统；所述进样装置用于接收外部的包含液体和待测的固体样品的固液混合物；所述固液分离装置的入口连接所述进样装置的出口，出口连接所述释样装置的入口，所述固液分离装置用于将所述固液混合物中的液体与固体样品分离；所述激光诱导击穿光谱检测系统用于对所述固液分离装置中分离出的所述固体样品照射激光，检测所述固体样品表面的光谱。

2.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述固液分离装置包括分离腔、抽水泵和废液腔，所述分离腔上开设有进样口和释样口，通过进样口连接所述进样装置的出口，通过释样口连接所述释样装置的入口；所述分离腔的一端为可透过激光的窗口，用于接收所述激光诱导击穿光谱检测系统出射的激光；所述分离腔上还开设有液体抽离口，所述液体抽离口上装设有防阻塞滤网，所述液体抽离口通过阀与所述抽水泵连接，所述抽水泵用于将液体抽离进所述废液腔。

3.根据权利要求2所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述进样口为球形进样口，所述球形进样口通过第一球形阀连接所述进样装置的出口。

4.根据权利要求2所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述释样口为球形释样口，所述球形释样口通过第二球形阀连接所述释样装置的入口。

5.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述进样装置、固液分离装置和释样装置在所述密封舱内由上至下依次排列。

6.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述释样装置包括一腔体、挡板和分选开关；所述挡板设置在所述腔体内，用于将所述腔体分为保留腔和废弃腔两部分；所述分选开关设置在所述挡板上，用于控制所述腔体的入口与所述保留腔、废弃腔中的一者相通。

7.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述水下检测系统还包括摄像机，所述摄像机用于获取所述固液分离装置中分离出的所述固体样品的轮廓信息；所述激光诱导击穿光谱检测系统用于根据所述轮廓信息对所述固体样品的表面进行平面扫描式击穿检测。

8.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述水下检测系统还包括CCD相机和聚焦装置，所述CCD相机用于获取所述激光诱导击穿光谱检测系统照射到所述固体样品表面的激光的光斑大小；所述聚焦装置用于根据所述CCD相机获取到的光斑大小判断所述激光的聚焦情况，并将所述聚焦情况输出至所述激光诱导击穿光谱检测系统；所述激光诱导击穿光谱检测系统还用于根据所述聚焦情况调整焦距。

9.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述进样装置接收的所述固液混合物为经过外部的水下机械手进行固体样品尺寸筛选后得到的固液混合物。

10.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的水下检测系统，其特征在于：所述待测的固体样品为水下的矿样。