CN108152268A - 基于条纹管的libs光谱探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于条纹管的LIBS光谱探测系统，包括激光器，激光器输出的激光脉冲经分束片分成两束，一束经介质膜反射镜反射到反射式望远镜系统后聚焦到被测目标；回波信号由反射式望远镜系统搜集后经介质膜反射镜透射，由聚焦透镜会聚至光纤，光纤出射的光入射到分光系统以将不同波长光信号在空间上相对分离，由柱面透镜将上述光谱信号聚焦至条纹管；经分束片后的另一光束通过光触发器转换成电信号触发条纹管，条纹管将输入光的时间轴转换成空间轴成像在其荧光屏上形成具有时间分辨的光谱信号；利用ICCD将上述光谱信号进行微光放大，ICCD与计算机相连。上述系统能实现快速测量被测目标时间分辨激光诱导击穿光谱，有时间分辨率高、灵敏度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光谱探测领域，尤其涉及一种基于条纹管的LIBS光谱探测系统。
背景技术
激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy， LIBS) 是一种激光烧蚀光谱分析技术，该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，而且光谱信号强度与对应元素的含量具有一定的量化关系。当激光脉冲的能量密度大于击穿阈值时，即可产生等离子体，利用光学系统采集等离子体中原子和离子的发射光谱，分析谱图中元素对应的特征峰强度即可以用于样品的定性以及定量分析， 具有快速、实时、无需样品准备、损耗小、可多元素同时在线检测等特点，近些年来受到了越来越多的关注。与其他常用元素分析的方法相比，可同时进行多种金属和非金属元素同时快速检测。基于LIBS的这些优点，它在多个领域都有所发展，例如材料成分分析、环境污染、海洋探测、考古学、医药食品、工业在线监测等。
目前LIBS基本采用光电倍增管或ICCD获取光谱，可通过控制选通快门的时间获得时间分辨光谱，但是这样的方式具有时间分辨率低、测量时间长等缺点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于条纹管的LIBS光谱探测系统，以便实现快速测量被测目标时间分辨激光诱导击穿光谱，其具有时间分辨率高、测量速度快、灵敏度高等优点。
为了实现上述目的，本发明提出了一种基于条纹管的LIBS光谱探测系统，包括激光器，所述激光器输出的激光脉冲经分束片分成两束，其中一束经介质膜反射镜反射到反射式望远镜系统后聚焦到被测目标；回波信号由所述反射式望远镜系统搜集后经所述介质膜反射镜透射，再由聚焦透镜会聚耦合至光纤，所述光纤出射的光入射到分光系统的入射狭缝，由分光系统将不同波长光信号在空间上相对分离，由柱面透镜将光谱信号聚焦至条纹管的单狭缝上；所述激光器输出的激光脉冲经分束片后所形成的另一束光束通过光触发器转换成电信号以触发所述条纹管，所述条纹管将输入光的时间轴转换成空间轴成像在条纹管荧光屏上，形成具有时间分辨的光谱信号；利用ICCD将条纹管荧光屏上的光谱信号进行微光放大，所述ICCD与计算机相连接，通过所述计算机记录存储光谱数据。
优选的是，所述激光器采用脉冲高能量激光器。
优选的是，所述反射式望远镜系统的焦距可调。
优选的是，所述分光系统采用棱镜或光栅分光系统。
优选的是，所述光触发器延时可调。
本发明的该方案的有益效果在于上述基于条纹管的LIBS光谱探测系统采用条纹管探测器加ICCD成像方式，具体是高能激光击穿被测目标产生等离子谱，条纹管光阴极接收等离子体光谱信号，通过不同时刻进入偏转系统的光电子受到不同偏转电压的作用，将光电子沿垂直于狭缝的方向展开实现时间分辨，并且显示在一帧图片上，实现稳态光谱和瞬态时间谱同时测量，一次得到含有连续时间信息的三维荧光谱。绘制三维荧光谱等高线图即光谱指纹，实现对被测目标进行检测及种类鉴别。仅单激光脉冲发射即可获得完整的目标波长和时间分辨光谱信息，从而快速识别被测目标种类及其含量。本发明所涉及的基于条纹管的LIBS光谱探测系统能够实现快速测量被测目标时间分辨激光诱导击穿光谱，其具有时间分辨率高、测量速度快、灵敏度高等优点。
附图说明
图1示出了本发明所涉及的基于条纹管的LIBS光谱探测系统的原理框图。
图2示出了本发明所涉及的条纹管的原理示意图。
附图标记：1-激光器，2-分束片，3-介质膜反射镜，4-反射式望远镜系统，5-聚焦透镜，6-光纤，8-分光系统，9-柱面透镜，10-条纹管，11-光触发器，12-ICCD，13-计算机，A-被测目标。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明所涉及的基于条纹管的LIBS光谱探测系统包括激光器1，在本实施例中，所述激光器1可采用脉冲高能量激光器；所述激光器1输出的激光脉冲经分束片2分成两束，其中一束为主光束，经介质膜反射镜3反射到反射式望远镜系统4后，聚焦到被测目标A，在本实施例中，所述反射式望远镜系统4的焦距可调，以便实现不同距离的被测目标A的探测；回波信号由所述反射式望远镜系统4搜集后经所述介质膜反射镜3透射，再由聚焦透镜5会聚耦合至光纤6，所述光纤6出射的光入射到棱镜或光栅分光系统8的入射狭缝，由分光系统8将不同波长光信号在空间上相对分离，然后由柱面透镜9将光谱信号聚焦至条纹管10的单狭缝上；所述激光器1输出的激光脉冲经分束片2后所形成的另一束光束通过光触发器11转换成电信号以触发所述条纹管10，在本实施例中，所述光触发器11延时可调；所述条纹管10将输入光的时间轴转换成空间轴成像在条纹管荧光屏上，形成具有时间分辨的光谱信号；利用ICCD12将条纹管荧光屏上的光谱信号进行微光放大，其中ICCD12水平像素对应不同光谱波长，ICCD12纵向像素对应光强度随时间的变化数值，这样每帧ICCD图像可生成一个包含波长信息和时间信息的光谱“指纹图”，我们可以以其指纹谱的特征为依据，完成被测目标A中比较复杂的定量和定性分析任务。所述ICCD12与计算机13相连接，通过所述计算机13记录存储光谱数据，计算出被测目标A的种类及相关信息。
具体的所述条纹管10的工作原理如下，通过所述条纹管10狭缝的光信号经光电阴极转化为电信号，电子在随时间变化的偏转电压作用下实现空间的偏转，将随时间变化的光信号转化为条纹管荧光屏上空间位置变化的时间分辨光谱图，如图2所示。
本发明所涉及的基于条纹管的LIBS光谱探测系统采用条纹管探测器加ICCD成像方式，具体是高能激光击穿被测目标产生等离子谱，条纹管光阴极接收等离子体光谱信号，通过不同时刻进入偏转系统的光电子受到不同偏转电压的作用，将光电子沿垂直于狭缝的方向展开实现时间分辨，并且显示在一帧图片上，实现稳态光谱和瞬态时间谱同时测量，一次得到含有连续时间信息的三维荧光谱。绘制三维荧光谱等高线图即光谱指纹，实现对被测目标进行检测及种类鉴别。仅单激光脉冲发射即可获得完整的目标波长和时间分辨光谱信息，从而快速识别被测目标种类及其含量。
本发明所涉及的基于条纹管的LIBS光谱探测系统能够实现快速测量被测目标时间分辨激光诱导击穿光谱，其具有时间分辨率高、测量速度快、灵敏度高等优点。
Claims (5)
1.一种基于条纹管的LIBS光谱探测系统，其特征在于：包括激光器，所述激光器输出的激光脉冲经分束片分成两束，其中一束经介质膜反射镜反射到反射式望远镜系统后聚焦到被测目标；回波信号由所述反射式望远镜系统搜集后经所述介质膜反射镜透射，再由聚焦透镜会聚耦合至光纤，所述光纤出射的光入射到分光系统的入射狭缝，由分光系统将不同波长光信号在空间上相对分离，由柱面透镜将光谱信号聚焦至条纹管的单狭缝上；所述激光器输出的激光脉冲经分束片后所形成的另一束光束通过光触发器转换成电信号以触发所述条纹管，所述条纹管将输入光的时间轴转换成空间轴成像在条纹管荧光屏上，形成具有时间分辨的光谱信号；利用ICCD将条纹管荧光屏上的光谱信号进行微光放大，所述ICCD与计算机相连接，通过所述计算机记录存储光谱数据。
2.根据权利要求1所述的基于条纹管的LIBS光谱探测系统，其特征在于：所述激光器采用脉冲高能量激光器。
3.根据权利要求1所述的基于条纹管的LIBS光谱探测系统，其特征在于：所述反射式望远镜系统的焦距可调。
4.根据权利要求1所述的基于条纹管的LIBS光谱探测系统，其特征在于：所述分光系统采用棱镜或光栅分光系统。
5.根据权利要求1所述的基于条纹管的LIBS光谱探测系统，其特征在于：所述光触发器延时可调。
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