CN109297952B - 基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，包括光谱仪、激光器、聚光镜、测试转盘、分类装置、控制器、数据处理器；光谱仪与数据处理器信号连接，所述的激光器与光谱仪信号连接，所述的激光器产生的激光光路穿过聚光镜汇聚在样品槽中央位置，若干个相同的样品槽均匀分布在测试转盘的边缘，所述的测试转盘的下方设置有分类装置，所述的光浦仪连接有采集镜头，所述的数据处理器与控制器信号连接，所述的控制器与分类装置、测试转盘信号控制连接。该系统可以实现对宣纸优劣的在线快速准确鉴别，可以实现宣纸检测鉴别的自动化。
Description
技术领域
本发明是涉及激光诱导击穿光谱技术领域，具体的说是基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统。
背景技术
近年来，随着中国经济飞速发展，作为国画艺术的重要载体，宣纸造假日益猖獗、泛滥。一直以来宣纸鉴定都是以行家的经验鉴定为主,但这种鉴定方式并不完善。科技鉴别的方法虽有提及,但大多属于介入式鉴别,对宣纸本身具有一定的损害。这两类鉴定方法已经不能满足宣纸市场繁荣发展的需求。
激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）技术是一种基于原子或离子的发射光谱分析技术，利用聚焦透镜将脉冲激光聚焦在样品表面实现对待测样品的烧蚀，激发后产生瞬态等离子体，通过收集分析等离子体发射光谱，可实现对任何物理形态的样品（固态、液态和气态）中所含元素成分的定性及含量的定量分析检测技术。相对于传统的光谱分析技术，LIBS技术因具有无需样品预处理、快速、灵敏度高以及多元素同时探测的优点而被广泛关注，是一种极具应用潜力的光谱分析检测技术。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：包括光谱仪、激光器、聚光镜、测试转盘、分类装置、控制器、数据处理器；
所述的光谱仪与数据处理器信号连接，所述的激光器与光谱仪信号连接，所述的激光器产生的激光光路穿过聚光镜汇聚在样品槽中央位置，若干个相同的样品槽均匀分布在测试转盘的边缘，所述的测试转盘的下方设置有分类装置，所述的光谱仪连接有采集镜头，所述的数据处理器与控制器信号连接，所述的控制器与分类装置、测试转盘信号控制连接；
所述的样品槽用于放置测试样品，所述的样品槽的槽底为通孔；
所述的测试转盘用于将不同的样品槽依次旋转到所需位置；
所述的测试样品距离聚光镜的距离与聚光镜的焦距相等；
所述的采集镜头用于采集激光光路与测试样品作用后产生的激光等离子体光谱信号；
所述的光谱仪用于对采集到的激光等离子体光谱信号进行分离和探测；
所述的数据处理器用于处理激光等离子体光谱并进行分析对比，并对测试样品进行分类；数据处理器还用于修改控制器控制数据。
所述的测试转盘水平设置，测试转盘的边缘均匀环形分布有若干个样品槽，所述的测试转盘的中央转轴与驱动电机传动连接，所述的驱动电机与控制器信号控制连接。
所述的测试转盘任一样品槽上方设置有取样器，所述的取样器包括气缸，所述的气缸固定安装在水平设置的固定板上，所述的气缸与活塞柱传动连接，所述的活塞柱与样品槽同轴，所述的活塞柱直径小于样品槽通孔直径。
样品槽的阶梯面上表面和固定板的下表面设置有光电传感器，所述的光电传感器可被测试样品遮挡。
所述的取样器下方设置有分类装置，所述的分类装置包括并排设置的若干个分类容纳室以及端部的驱动电机箱，所述的驱动电机箱内设置有步进电机，所述的步进电机与与控制器信号控制连接，所述的驱动电机箱底部设置有主动轮，所述的分类容纳室底部设置有从动轮，所述的主动轮与步进电机传动连接，所述的分类容纳室顶部设置有开口，分类容纳室顶部开口可位于活塞柱正下方。
所述的分类装置下方设置有导轨，所述的主动轮和从动轮用于在导轨上滚动。
所述的样品槽数量不少于2个，与取样器下方的样品槽相邻的样品槽正上方设置的聚光镜为凸透镜，所述的激光器水平设置，所述的聚光镜的上方设置有反光镜，所述的反光镜水平倾斜45度，所述的激光器水平设置，所述的激光器发射的激光光路通过反光镜反射后通过聚光镜汇聚在样品槽上的测试样品上，所述的激光器与反光镜处于同一水平面。
所述的采集镜头由石英透镜与光纤耦合组成，所述的采集镜头距离激光光路照射到测试样品处的距离与石英透镜的焦距相同。
所述的控制器为单片机，所述的数据处理器位PC机。
本发明基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统的有益效果是：该系统可以实现对宣纸优劣的在线快速准确鉴别，可以实现宣纸检测鉴别的自动化，可以实现宣纸检测鉴别的一体化，而且发明涉及装置可以使得宣纸优劣鉴别的便捷度大大提高。
附图说明
图1为本发明基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统的结构原理图。
图2为本发明基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统测试转盘的结构原理图。
图3为本发明基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统分类装置的结构原理图。
图4为本发明基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统取样器的结构原理图。
附图标记：1、光谱仪；2、激光器；3、反光镜；4、聚光镜；5、测试转盘；6、样品槽；7、分类装置；8、分类容纳室；9、采集镜头；10、控制器；11、数据处理器；12、激光光路；13、取样器；14、导轨；15、驱动电机箱；16、主动轮；17、从动轮；18、气缸；19、光电感应器；20、活塞柱。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：包括光谱仪1、激光器2、聚光镜4、测试转盘5、分类装置7、控制器10、数据处理器11；
所述的光谱仪1与数据处理器11信号连接，所述的激光器2与光谱仪1信号连接，所述的激光器2产生的激光光路12穿过聚光镜4汇聚在样品槽6中央位置，若干个相同的样品槽6均匀分布在测试转盘5的边缘，所述的测试转盘5的下方设置有分类装置7，所述的光浦仪1连接有采集镜头9，所述的数据处理器11与控制器10信号连接，所述的控制器10与分类装置7、测试转盘5信号控制连接；
所述的样品槽6用于放置测试样品，所述的样品槽6的槽底为通孔；
所述的测试转盘5用于将不同的样品槽6依次旋转到所需位置；
所述的测试样品距离聚光镜4的距离与聚光镜4的焦距相等；
所述的采集镜头9用于采集激光光路12与测试样品作用后产生的激光等离子体光谱信号；
所述的光谱仪1用于对采集到的激光等离子体光谱信号进行分离和探测；
所述的数据处理器11用于处理激光等离子体光谱并进行分析对比，并对测试样品进行分类；数据处理器11还用于修改控制器10控制数据。
如图2所示，本实施例中，测试转盘5水平设置，测试转盘5的边缘均匀环形分布有若干个样品槽6，所述的测试转盘5的中央转轴与驱动电机传动连接，所述的驱动电机与控制器10信号控制连接。
如图4所示，本实施例中，测试转盘5任一样品槽6上方设置有取样器13，所述的取样器13包括气缸18，所述的气缸18固定安装在水平设置的固定板上，所述的气缸18与活塞柱20传动连接，所述的活塞柱20与样品槽6同轴，所述的活塞柱20直径小于样品槽6通孔直径。
本实施例中，样品槽6的阶梯面上表面和固定板的下表面设置有光电传感器19，所述的光电传感器19可被测试样品遮挡。
测试转盘5上的样品槽6内可容纳圆形的待测样品，操纵者将待测样品放置在样品槽5内，控制器10控制测试转盘5转动，将待测样品旋转到聚光镜4正下方，通过激光照射后，由采集镜头9采集激光等离子体光谱信号，之后再由控制器10控制测试转盘5转动将已侧样品旋转到取样器13下方，取样器13将待测样品挤压穿过样品槽6底部的通孔，落入合适的分类容纳室8内。
光电传感器19的设置能够使取样器13内的控制器判断出样品槽6内是否有待测样品，当样品槽6内有待测样品时，光电传感器19之间的光线回路被阻挡，此时，取样器13内的控制器控制气缸18驱动活塞柱20向下移动，活塞柱20穿过样品槽6底部通孔时，带动柔软的宣纸样品落下。
如图3所示，本实施例中，取样器13下方设置有分类装置7，所述的分类装置7包括并排设置的若干个分类容纳室8以及端部的驱动电机箱15，所述的驱动电机箱15内设置有步进电机，所述的步进电机与与控制器10信号控制连接，所述的驱动电机箱15底部设置有主动轮16，所述的分类容纳室8底部设置有从动轮17，所述的主动轮16与步进电机传动连接，所述的分类容纳室8顶部设置有开口，分类容纳室8顶部开口可位于活塞柱20正下方。
当光谱仪1采集到激光等离子体光谱信号后，并由数据处理器对比分析处理得到样品质量等级后，由控制器信号控制步进电机驱动分类装置7移动，将正确的分类容纳室8移动到取样器13下方。
本实施例中，分类装置7下方设置有导轨14，所述的主动轮16和从动轮17用于在导轨14上滚动。
导轨14的设置保证了分类装置7的移动方向被确定。能够精准控制正确的分类容纳室8移动到取样器13下方。
本实施例中，样品槽6数量不少于2个，与取样器13下方的样品槽6相邻的样品槽6正上方设置的聚光镜4为凸透镜，所述的激光器2水平设置，所述的聚光镜4的上方设置有反光镜3，所述的反光镜3水平倾斜45度，所述的激光器2水平设置，所述的激光器2发射的激光光路12通过反光镜3反射后通过聚光镜4汇聚在样品槽6上的测试样品上，所述的激光器2与反光镜3处于同一水平面。
本实施例中，采集镜头9由石英透镜与光纤耦合组成，所述的采集镜头9距离激光光路12照射到测试样品处的距离与石英透镜的焦距相同。
本实施例中，控制器10为单片机，所述的数据处理器11位PC机。
本实施例中，通过单片机控制步进电机、驱动电机的工作状态均为现有技术。
该种通过测量已知质量的宣纸样品，形成数据库，之后再对待测样品进行检测，并与数据库中的数据进行对比，进而得出待测样品的质量等级，具体步骤如下：从现有市场上采购各种不同种类的优劣不等的宣纸，通过LIBS技术按图1所示实验检测各类宣纸中特征元素的含量比例，将对应数据分类汇总，依据已知宣纸的优劣，将数据归类到I、II、III、IV由优到次四种优劣分类中，并统一录入数据处理系统中。
其后，进行待测样品的检测：首先，微型圆形刀口切割器对纸张进行剪切压平；接着，在激光焦点处按图1所示，对纸张进行LIBS数据采集；然后，将测试数据传输到数据处理端进行分析归类；最后，将对比归类后的宣纸纸片与测试平台分离置于相应标号的归类盒内。如若分类未成功，则重复流程图步骤，重新检测分类。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：包括光谱仪（1）、激光器（2）、聚光镜（4）、测试转盘（5）、分类装置（7）、控制器（10）、数据处理器（11）；所述的光谱仪（1）与数据处理器（11）信号连接，所述的激光器（2）与光谱仪（1）信号连接，所述的激光器（2）产生的激光光路（12）穿过聚光镜（4）汇聚在样品槽（6）中央位置，若干个相同的样品槽（6）均匀分布在测试转盘（5）的边缘，所述的测试转盘（5）的下方设置有分类装置（7），所述的光谱仪（1）连接有采集镜头（9），所述的数据处理器（11）与控制器（10）信号连接，所述的控制器（10）与分类装置（7）、测试转盘（5）信号控制连接；所述的样品槽（6）用于放置测试样品，所述的样品槽（6）的槽底为通孔；所述的测试转盘（5）用于将不同的样品槽（6）依次旋转到所需位置；所述的测试样品距离聚光镜（4）的距离与聚光镜（4）的焦距相等；所述的采集镜头（9）用于采集激光光路（12）与测试样品作用后产生的激光等离子体光谱信号；所述的光谱仪（1）用于对采集到的激光等离子体光谱信号进行分离和探测；所述的数据处理器（11）用于处理激光等离子体光谱并进行分析对比，并对测试样品进行分类；数据处理器（11）还用于修改控制器（10）控制数据；通过测量已知质量的宣纸样品，形成数据库，之后再对待测样品进行检测，并与数据库中的数据进行对比，进而得出待测样品的质量等级，具体步骤如下：从现有市场上采购各种不同种类的优劣不等的宣纸，通过LIBS技术检测各类宣纸中特征元素的含量比例，将对应数据分类汇总，依据已知宣纸的优劣，将数据归类到I、II、III、IV由优到次四种优劣分类中，并统一录入数据处理系统中，其后，进行待测样品的检测：首先，微型圆形刀口切割器对纸张进行剪切压平；接着，在激光焦点处对纸张进行LIBS数据采集；然后，将测试数据传输到数据处理端进行分析归类；最后，将对比归类后的宣纸纸片与测试平台分离置于相应标号的归类盒内，如若分类未成功，则重新检测分类。
2.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的测试转盘（5）水平设置，测试转盘（5）的边缘均匀环形分布有若干个样品槽（6），所述的测试转盘（5）的中央转轴与驱动电机传动连接，所述的驱动电机与控制器（10）信号控制连接。
3.如权利要求2所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的测试转盘（5）任一样品槽（6）上方设置有取样器（13），所述的取样器（13）包括气缸（18），所述的气缸（18）固定安装在水平设置的固定板上，所述的气缸（18）与活塞柱（20）传动连接，所述的活塞柱（20）与样品槽（6）同轴，所述的活塞柱（20）直径小于样品槽（6）通孔直径。
4.如权利要求3所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：样品槽（6）的阶梯面上表面和固定板的下表面设置有光电传感器（19），所述的光电传感器（19）可被测试样品遮挡。
5.如权利要求3所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的取样器（13）下方设置有分类装置（7），所述的分类装置（7）包括并排设置的若干个分类容纳室（8）以及端部的驱动电机箱（15），所述的驱动电机箱（15）内设置有步进电机，所述的步进电机与控制器（10）信号控制连接，所述的驱动电机箱（15）底部设置有主动轮（16），所述的分类容纳室（8）底部设置有从动轮（17），所述的主动轮（16）与步进电机传动连接，所述的分类容纳室（8）顶部设置有开口，分类容纳室（8）顶部开口可位于活塞柱（20）正下方。
6.如权利要求5所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的分类装置（7）下方设置有导轨（14），所述的主动轮（16）和从动轮（17）用于在导轨（14）上滚动。
7.如权利要求3所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的样品槽（6）数量不少于2个，与取样器（13）下方的样品槽（6）相邻的样品槽（6）正上方设置的聚光镜（4）为凸透镜，所述的激光器（2）水平设置，所述的聚光镜（4）的上方设置有反光镜（3），所述的反光镜（3）水平倾斜45度，所述的激光器（2）水平设置，所述的激光器（2）发射的激光光路（12）通过反光镜（3）反射后通过聚光镜（4）汇聚在样品槽（6）上的测试样品上，所述的激光器（2）与反光镜（3）处于同一水平面。
8.如权利要求7所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的采集镜头（9）由石英透镜与光纤耦合组成，所述的采集镜头（9）距离激光光路（12）照射到测试样品处的距离与石英透镜的焦距相同。
9.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱技术的宣纸优劣鉴别系统，其特征在于：所述的控制器（10）为单片机，所述的数据处理器（11）位PC机。
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