CN110261368B - 用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱；该检测箱含有密封的箱体﹑三维位移平台﹑光谱仪﹑除尘器和控制器，三维位移平台固定安装在箱体的内底面上，箱体的顶板上设有激光入射窗口，三维位移平台的水平台面位于激光入射窗口下方，聚焦透镜位于激光入射窗口和水平台面之间，光采集器和激光位移传感器位于水平台面的侧上方；光采集器的输出光纤与光谱仪连接，光谱仪﹑激光位移传感器和颗粒物浓度传感器的信号输出端口与控制器连接，除尘器的出风口和进风口与箱体内部连通，控制器控制三维位移平台和除尘器的工作；本发明可有效防止LIBS分析时前次激发产生的微粒对后次分析的影响，还保护了环境和操作人员的身体健康。

Description

用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱

（一）、技术领域：

本发明涉及一种成份检测设备，特别涉及一种用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱。

（二）、背景技术：

激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS）是一种原子发射光谱技术，它利用高强度脉冲激光烧蚀样品产生等离子体，通过光谱仪采集分析等离子体发射光谱，得到样品中元素的种类及含量。LIBS技术具有快速检测﹑较少或不需样品制备﹑较低的样品损耗﹑在线原位检测等优点，其越来越广泛地应用于生物医学﹑冶金﹑环境监测﹑文物分析鉴定﹑太空探索和能源开发等诸多领域。

进行LIBS分析时，激光烧蚀样品物质，形成等离子体，在等离子体湮灭后，形成物质微粒悬浮在环境气体中，当激光再次激发等离子体时，这些前次激发产生的微粒也被激发，对光谱形成干扰，同时也对激光传输形成干扰。另外，微粒悬浮在空气中对空气造成污染，对实验人员也有危害。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，该用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱可有效防止LIBS分析时前次激发产生的微粒对后次分析的影响，还保护了环境和操作人员的身体健康，而且其使用功能强。

本发明的技术方案：

一种用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，含有密封的箱体﹑三维位移平台﹑聚焦透镜﹑光采集器﹑激光位移传感器﹑颗粒物浓度传感器﹑光谱仪﹑除尘器和控制器，光谱仪﹑除尘器和控制器均设置在箱体的外面，三维位移平台﹑聚焦透镜﹑光采集器﹑激光位移传感器和颗粒物浓度传感器均设置在箱体的内部，箱体的一个侧面上设有箱门；三维位移平台固定安装在箱体的内底面中部，箱体的顶板中部设有一个激光入射窗口，激光入射窗口上安装有透明板，箱体的内壁上固定安装有透镜安装架﹑光采集器安装架和激光位移传感器安装架，聚焦透镜﹑光采集器和激光位移传感器分别安装在透镜安装架﹑光采集器安装架和激光位移传感器安装架上，颗粒物浓度传感器固定安装在箱体的内壁上；当三维位移平台的水平台面移动到正中位置时，水平台面正好位于激光入射窗口的正下方，聚焦透镜位于激光入射窗口和三维位移平台的水平台面之间，且聚焦透镜位于激光入射窗口的正下方，高度可调，光采集器和激光位移传感器位于三维位移平台的水平台面的侧上方，光采集器的光线采集口朝向三维位移平台的水平台面的中部，且光采集器的物镜焦点位于其激光传输轴线上，激光位移传感器的激光发射面正对三维位移平台的水平台面；光采集器的输出光纤与光谱仪的光纤输入端口连接，光谱仪的信号输出端口与控制器的光谱信号输入端口连接，激光位移传感器的信号输出端口和颗粒物浓度传感器的信号输出端口通过数据电缆分别与控制器的样品表面位置监测信号输入端口和颗粒物浓度输入端口连接，控制器的平台控制端口通过位移平台控制器与三维位移平台连接；除尘器的出风口和进风口分别通过出风管道和进风管道与箱体的内部连通，出风管道与箱体进风口连通，进风管道与箱体出风口连通，除尘器的控制信号输入端口与控制器的除尘控制信号输出端口连接。

进行激光诱导击穿光谱分析时还需要激光器，激光器位于激光入射窗口的正上方或侧上方，激光器发出的激光从激光入射窗口中垂直射入，控制器的激光发射信号控制口与激光器连接。

当激光器位于激光入射窗口的正上方时，激光器发出的激光直接从激光入射窗口中垂直射入；当激光器位于激光入射窗口的侧上方时，激光器发出的激光先水平射出，然后再经反射镜反射后从激光入射窗口中垂直射入。

箱体用来提供稳定及按需求设定的分析环境；三维位移平台的水平台面用来承载和移动样品，便于分析；激光位移传感器通过测量自身与位于三维位移平台水平台面上样品上表面的距离来保证样品上表面位于设定高度；激光入射窗口用来传输激光，使激光器发出的激光可以进入箱体内部，并以设定参数聚焦于样品表面；光采集器用来把等离子体辐射光耦合进光纤传输至光谱仪，采集光谱；颗粒物浓度传感器用来监测箱体内的微粒尘埃浓度；除尘器用来除去样品检测箱内的尘埃；控制器用来进行系统控制﹑信息处理﹑参数设置和信息显示。

三维位移平台的每一维都是一个独立的电动位移台，其由步进电机（或伺服电机）转动丝杆带动其上的水平台面移动，控制器通过控制软件控制三维位移平台的移动。

箱体的箱板上设有保护气体进气口，保护气体进气口上安装有第三电磁阀，控制器的第三电磁阀控制输出端与第三电磁阀的控制端连接，保护气体进气口位于箱体内部的一端连接有喷气嘴，箱体的内壁上还设有气体传感器，气体传感器的信号输出端口与控制器的气体检测信号输入端口连接；

出风管道的侧面伸出一根排气管，排气管与出风管道连通，排气管上安装有第一电磁阀，在出风管道上且位于排气管和箱体进风口之间安装有第二电磁阀，第二电磁阀靠近箱体进风口安装，控制器的第一电磁阀控制输出端和第二电磁阀控制输出端分别与第一电磁阀和第二电磁阀的控制端连接。

或者，出风管道上安装有一个三通电磁阀，三通电磁阀的入口与除尘器的出风口连通，三通电磁阀的第一出口与外界连通，三通电磁阀的第二出口与箱体进风口连通，控制器的三通电磁阀控制输出端与三通电磁阀的控制端连接。

箱体的内壁上还设有摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器和照明灯，摄像头的信号输出端口﹑温度传感器的信号输出端口和湿度传感器的信号输出端口分别与控制器的视频输入端口﹑温度输入端口和湿度输入端口连接；控制器的照明输出端与照明灯连接。

保护气体进气口用于在需要时向箱体内喷射特定保护气体，喷射保护气体时第三电磁阀打开，以便于提供特殊需要的保护气体，使保护气体充满箱体内部，进行气氛保护，满足特殊分析需要；摄像头用来监控箱体内部的情况；温度传感器用来监控箱体内的温度；湿度传感器用来监控箱体内部的湿度；气体传感器用来监控箱体内部的二氧化碳和氧气的浓度，气体传感器将检测到的信号传送给控制器，控制器将箱体内的气体浓度显示出来，以提示用户或按设定情况继续或停止向箱体1内喷射保护气体，或在分析过程中发现有空气混入，则停止分析，启动排出空气流程，即重新打开第三电磁阀，重新关闭第二电磁阀，打开第一电磁阀，等根据气体传感器信息确认箱体内、管路及除尘器中没有空气后，停止向箱体内喷射保护气体，关闭第三电磁阀，同时关闭第一电磁阀及同时打开第二电磁阀，使检测箱进入封闭气体循环模式，继续进行分析；控制器通过控制第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的通断，可以使箱体内的气体处于封闭循环状态（第一电磁阀关，第二电磁阀开，第三电磁阀关）或气体置换状态（第一电磁阀开，第二电磁阀关，第三电磁阀开）。

保护气体进气口也可在不使用保护气体而使用空气环境进行分析时用于开放气体循环状态的空气进气口，此时，检测箱处于气体置换状态，第三电磁阀打开，外界空气从保护气体进气口进入检测箱，然后通过箱体出风口流向除尘器，气体经除尘器过滤后，通过第一电磁阀排出，第二电磁阀关闭，就实现了开放气体循环，可不断使用新鲜空气，同时又可对分析时使用过的空气进行除尘，排放清洁空气到环境中，保护环境和操作者的身体健康。

当采用三通电磁阀代替第一电磁阀和第二电磁阀时，控制过程类似。

保护气体进气口设在箱体的侧板上；摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器﹑气体传感器和照明灯均安装在箱体的内上壁上；摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器﹑气体传感器和照明灯与控制器之间的连接电缆从箱体内部穿过箱体侧板上的通孔后到达箱体外面；气体传感器含有氧气传感器和二氧化碳传感器，氧气传感器的型号为：ZE03，二氧化碳传感器的型号为：MH-Z19B，生产厂家均为：郑州炜盛电子科技有限公司；照明灯为LED灯；喷气嘴为软管喷气嘴。

光采集器和激光位移传感器分别位于三维位移平台的水平台面的上方两侧；出风管道与箱体一侧上部的箱体进风口连通，进风管道与箱体另一侧下部的箱体出风口连通；颗粒物浓度传感器安装在箱体的内上壁上；光采集器的输出光纤从箱体内部穿过箱体侧板上的通孔后到达箱体外面，激光位移传感器﹑三维位移平台和颗粒物浓度传感器与控制器之间的连接电缆也从箱体内部穿过箱体侧板上的通孔后到达箱体外面。

箱体含有正方体形或长方体形的框架，框架的顶面﹑底面和四个侧面上均安装有箱板，箱门设在框架前侧面的箱板上，框架底面的箱板的内表面上均布有螺纹坑，三维位移平台﹑透镜安装架﹑光采集器安装架和激光位移传感器安装架均通过螺纹坑安装在框架底面的箱板的内表面上。箱体具有密封性，箱体上所有与密封有关的连接处均需要密封，如：进出箱体的线缆口用密封措施进行密封﹑各箱板之间采用密封措施进行密封等等。

箱板均可拆掉，并从新安装，便于用户安装或调整箱体内部的器件；框架采用型材（如：角钢）制作而成，框架可拆解为单独的12条梁。

所有螺纹坑（M6内螺纹）均按矩阵形式排列，各螺纹坑之间的孔距为2.5厘米，螺纹坑便于用户根据自己需求加装其它器件，也便于用户根据需要调整样品检测箱内已安装器件的位置。

框架和箱板的材质为金属或塑料。

除尘器含有密封的壳体﹑过滤罩和风机，壳体内设有两层水平隔板：上层水平隔板和下层水平隔板，上层水平隔板和下层水平隔板将壳体内部分成三个腔体：上腔体﹑中腔体和下腔体，除尘器的出风口和进风口分别位于壳体的上部和下部，出风口和进风口分别与上腔体和下腔体连通，上层水平隔板和下层水平隔板的上表面中部分别设有上通孔和下通孔，风机设在上层水平隔板的上通孔处，过滤罩设在中腔体中且过滤罩的罩口与下层水平隔板的上表面密封连接，过滤罩的内部通过下通孔与下腔体连通；除尘器的控制信号输入端口设在壳体表面，控制信号输入端口与风机的电源端连接。

过滤罩为内﹑外两层结构，过滤罩的内层为空气过滤棉，对气体进行粗过滤﹑外层为HEPA高效过滤网，对气体进行进一步过滤。

箱门为具有激光防护功能的透明门；透明板的材质为熔融石英玻璃；颗粒物浓度传感器为PM2.5传感器；透镜安装架上设有调节高度的调节旋钮；控制器为计算机；三维位移平台含有三个一轴位移台，三个一轴位移台分别为：X轴位移台﹑Y轴位移台和Z轴位移台，控制器的平台控制端口与位移平台控制器的通信口连接，位移平台控制器的三个电机控制接口分别与三个一轴位移台连接。

透明门方便用户观察箱体的内部情况。

位移平台控制器的型号为：SC300-3A；X轴位移台和Y轴位移台的型号为：TSA100-B型，Z轴位移台的型号为：TSA50-B型，生产厂家：北京卓立汉光仪器有限公司；光谱仪为德国LTB公司的ARYELLE200型中阶梯光谱仪；激光位移传感器的型号为：松下HL-G108-S-J；PM2.5传感器的型号为：ZH03B，生产厂家：郑州炜盛电子科技有限公司。

使用该样品检测箱时，可将被分析的样品放置在三维位移平台的水平台面上，再使激光器发出的一束激光通过激光入射窗口垂直投射到箱体内，然后通过控制器控制三维位移平台移动（移动时，水平台面上下移动的距离根据激光位移传感器的输出信号来确定，水平台面的左右和前后移动距离根据控制器内部预先设定好的参数确定），使样品正好位于聚焦透镜下方设定位置处，此时，光采集器就可采集样品发出的等离子体发射光，采集到的光线输送到光谱仪中，经光谱仪处理后得到光谱信号，然后送到控制器中，最终由控制器分析出样品的成份。在分析开始前，控制器先启动除尘器清除箱体内的悬浮微粒，可采用开放气体循环或者封闭气体循环模式，当颗粒物浓度传感器检测到箱体内的颗粒物浓度下降到设定数值时，开始LIBS分析，分析过程中控制器根据颗粒物传感器检测到的颗粒物浓度情况控制除尘器以合适的除尘效率工作，维持设定分析气体环境，分析结束后，控制器关闭除尘器，等待下一次LIBS分析。

当该样品检测箱不进行LIBS分析时，控制器可控制三维位移平台向左右或前后移动，使水平台面不处于聚焦透镜的正下方，以防激光长时间射在水平台面上，对水平台面造成损害；或者用挡光片挡住激光，避免激光进入箱体内，在箱体内散射，开箱门时发生激光伤人事故；或者暂时关闭激光器。

本发明的有益效果：

1﹑本发明在密封的箱体中设置三维位移平台﹑聚焦透镜﹑光采集器﹑激光位移传感器和颗粒物浓度传感器，箱体外设有光谱仪﹑除尘器和控制器，不仅能完成样品的承载、样品位置的移动、激光聚焦及等离子体发射光的采集和分析，还能检测箱体内的微粒尘埃浓度，并通过除尘器对箱体内的气体除尘，有效防止了LIBS分析时前次激发产生的微粒对后次分析的影响，而且还保护了环境和操作人员的身体健康。

2﹑本发明的箱体箱板上设有保护气体进气口，保护气体进气口位于箱体内部的一端连接有喷气嘴，喷气嘴可向箱体内喷射特定保护气体，使保护气体充满箱体内部，进行气氛保护，箱体的内壁上设有摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器和气体传感器，摄像头可监控箱体内部的情况，温度传感器和湿度传感器可监控箱体内的温度和湿度，气体传感器可监控箱体内部的二氧化碳和氧气的浓度，以确定箱体内空气是否排尽﹑箱体内是否达到需要的特殊气体保护环境；因此，本发明的使用功能强。

3、本发明可灵活采用封闭循环或气体置换模式，颗粒物被搜集于除尘器内，可避免分析过程中产生的粉尘颗粒物影响LIBS分析性能，同时也避免分析产生的粉尘污染环境，也避免了分析产生的粉尘被实验操作人员吸入而危害操作人员身体健康。另外，在使用特殊气体保护时，由于可采用封闭气体循环模式，只需一定量的气体便可一直维持特殊气体环境，避免了开放式箱体或气路系统需不停注入新的气体而导致的保护气体消耗大，保护气体使用费用高，且容易使气体（特别是惰性气体）扩散于分析工位，危及实验人员人身安全及健康的问题。

4、样品检测箱用于激发光谱的激光器和解析光谱的光谱仪都设置在箱体外，便于配置和根据需要选择适当的型号，扩展及适应性强。

（四）、附图说明：

图1为用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱的结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图1的右视结构示意图；

图4为图1的俯视结构示意图；

图５为图4中的A-A剖视结构示意图；

图6为图5中的B-B剖视结构示意图；

图7为图5中的C-C剖视结构示意图；

图8为除尘器的结构示意图；

图9为用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱的电路﹑气路及光路连接示意图之一；

图10为用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱的电路﹑气路及光路连接示意图之二。

（五）、具体实施方式：

实施例一：

参见图1～图9，图中，用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱含有密封的箱体1﹑三维位移平台2﹑聚焦透镜3﹑光采集器4﹑激光位移传感器5﹑颗粒物浓度传感器6﹑光谱仪﹑除尘器7和控制器，光谱仪﹑除尘器7和控制器均设置在箱体1的外面，三维位移平台2﹑聚焦透镜3﹑光采集器4﹑激光位移传感器5和颗粒物浓度传感器6均设置在箱体1的内部，箱体1的一个侧面上设有箱门8；三维位移平台2固定安装在箱体1的内底面中部，箱体1的顶板中部设有一个激光入射窗口9，激光入射窗口9上安装有透明板，箱体1的内壁上固定安装有透镜安装架10﹑光采集器安装架11和激光位移传感器安装架12，聚焦透镜3﹑光采集器4和激光位移传感器5分别安装在透镜安装架10﹑光采集器安装架11和激光位移传感器安装架12上，颗粒物浓度传感器6固定安装在箱体1的内壁上；当三维位移平台2的水平台面13移动到正中位置时，水平台面13正好位于激光入射窗口9的正下方，聚焦透镜3位于激光入射窗口9和三维位移平台2的水平台面13之间，且聚焦透镜3位于激光入射窗口9的正下方，高度可调，光采集器4和激光位移传感器5位于三维位移平台2的水平台面13的侧上方，光采集器4的光线采集口朝向三维位移平台2的水平台面13的中部，且光采集器4的物镜焦点位于其激光传输轴线上，激光位移传感器5的激光发射面正对三维位移平台2的水平台面13；光采集器4的输出光纤43与光谱仪的光纤输入端口连接，光谱仪的信号输出端口与控制器的光谱信号输入端口连接，激光位移传感器5的信号输出端口和颗粒物浓度传感器6的信号输出端口通过数据电缆分别与控制器的样品表面位置监测信号输入端口和颗粒物浓度输入端口连接，控制器的平台控制端口通过位移平台控制器与三维位移平台2连接；除尘器7的出风口14和进风口15分别通过出风管道16和进风管道17与箱体1的内部连通，出风管道16与箱体进风口25连通，进风管道17与箱体出风口26连通，除尘器7的控制信号输入端口与控制器的除尘控制信号输出端口连接。

进行激光诱导击穿光谱分析时还需要激光器，激光器位于激光入射窗口9的正上方，激光器发出的激光直接从激光入射窗口9中垂直射入，控制器的激光发射信号控制口与激光器连接。

箱体1用来提供稳定及按需求设定的分析环境；三维位移平台2的水平台面13用来承载和移动样品，便于分析；激光位移传感器5通过测量自身与位于三维位移平台2水平台面13上样品上表面的距离来保证样品上表面位于设定高度；激光入射窗口9用来传输激光，使激光器发出的激光可以进入箱体1内部，并以设定参数聚焦于样品表面；光采集器4用来把等离子体辐射光耦合进光纤传输至光谱仪，采集光谱；颗粒物浓度传感器6用来监测箱体1内的微粒尘埃浓度；除尘器7用来除去样品检测箱内的尘埃；控制器用来进行系统控制﹑信息处理﹑参数设置和信息显示。

三维位移平台2的每一维都是一个独立的电动位移台，其由步进电机（或伺服电机）转动丝杆带动其上的水平台面移动，控制器通过控制软件控制三维位移平台2的移动。

箱体1的箱板28上设有保护气体进气口18，保护气体进气口18上安装有第三电磁阀49，控制器的第三电磁阀控制输出端与第三电磁阀49的控制端连接，保护气体进气口18位于箱体1内部的一端连接有喷气嘴19，箱体1的内壁上还设有气体传感器，气体传感器的信号输出端口与控制器的气体检测信号输入端口连接；

出风管道16的侧面伸出一根排气管47，排气管47与出风管道16连通，排气管47上安装有第一电磁阀45，在出风管道16上且位于排气管47和箱体进风口25之间安装有第二电磁阀46，第二电磁阀46靠近箱体进风口25安装，控制器的第一电磁阀控制输出端和第二电磁阀控制输出端分别与第一电磁阀45和第二电磁阀46的控制端连接。

箱体1的内壁上还设有摄像头21﹑温度传感器22﹑湿度传感器23和照明灯44，摄像头21的信号输出端口﹑温度传感器22的信号输出端口和湿度传感器23的信号输出端口分别与控制器的视频输入端口﹑温度输入端口和湿度输入端口连接，控制器的照明输出端与照明灯44连接。

保护气体进气口18用于在需要时向箱体1内喷射特定保护气体，喷射保护气体时第三电磁阀49打开，以便于提供特殊需要的保护气体，使保护气体充满箱体1内部，进行气氛保护，满足特殊分析需要；摄像头21用来监控箱体1内部的情况；温度传感器22用来监控箱体1内的温度；湿度传感器23用来监控箱体1内部的湿度；气体传感器用来监控箱体1内部的二氧化碳和氧气的浓度，气体传感器将检测到的信号传送给控制器，控制器将箱体1内的气体浓度显示出来，以提示用户或按设定情况继续或停止向箱体1内喷射保护气体，或在分析过程中发现有空气混入，则停止分析，启动排出空气流程，即重新打开第三电磁阀49，重新关闭第二电磁阀46，打开第一电磁阀45，等根据气体传感器信息确认箱体1内、管路及除尘器7中没有空气后，停止向箱体1内喷射保护气体，关闭第三电磁阀49，同时关闭第一电磁阀45及同时打开第二电磁阀46，使检测箱进入封闭气体循环模式，继续进行分析；控制器通过控制第一电磁阀45、第二电磁阀46和第三电磁阀49的通断，可以使箱体1内的气体处于封闭循环状态（第一电磁阀45关，第二电磁阀46开，第三电磁阀49关）或气体置换状态（第一电磁阀45开，第二电磁阀46关，第三电磁阀49开）。

保护气体进气口18也可在不使用保护气体而使用空气环境进行分析时用于开放气体循环状态的空气进气口，此时，检测箱处于气体置换状态，第三电磁阀49打开，外界空气从保护气体进气口18进入检测箱，然后通过箱体出风口26流向除尘器7，气体经除尘器7过滤后，通过第一电磁阀45排出，第二电磁阀46关闭，就实现了开放气体循环，可不断使用新鲜空气，同时又可对分析时使用过的空气进行除尘，排放清洁空气到环境中，保护环境和操作者的身体健康。

保护气体进气口18设在箱体1的侧板上；摄像头21﹑温度传感器22﹑湿度传感器23﹑气体传感器和照明灯44均安装在箱体1的内上壁上；摄像头21﹑温度传感器22﹑湿度传感器23﹑气体传感器和照明灯44与控制器之间的连接电缆从箱体1内部穿过箱体1侧板上的通孔24后到达箱体1外面；气体传感器含有氧气传感器20和二氧化碳传感器31，氧气传感器20的型号为：ZE03，二氧化碳传感器31的型号为：MH-Z19B，生产厂家均为：郑州炜盛电子科技有限公司；照明灯44为LED灯；喷气嘴19为软管喷气嘴。

光采集器4和激光位移传感器5分别位于三维位移平台2的水平台面13的上方两侧；出风管道16与箱体1一侧上部的箱体进风口25连通，进风管道17与箱体1另一侧下部的箱体出风口26连通；颗粒物浓度传感器6安装在箱体1的内上壁上；光采集器4的输出光纤43从箱体1内部穿过箱体1侧板上的通孔24后到达箱体1外面，激光位移传感器5﹑三维位移平台2和颗粒物浓度传感器6与控制器之间的连接电缆也从箱体1内部穿过箱体1侧板上的通孔24后到达箱体1外面。

箱体1含有正方体形的框架27，框架27的顶面﹑底面和四个侧面上均安装有箱板28，箱门8设在框架27前侧面的箱板28上，框架27底面的箱板28的内表面上均布有螺纹坑29，三维位移平台2﹑透镜安装架10﹑光采集器安装架11和激光位移传感器安装架12均通过螺纹坑29安装在框架27底面的箱板28的内表面上。箱体1具有密封性，箱体1上所有与密封有关的连接处均需要密封，如：进出箱体1的线缆口用密封措施进行密封﹑各箱板28之间采用密封措施进行密封等等。

箱板28均可拆掉，并从新安装，便于用户安装或调整箱体1内部的器件；框架27采用角钢制作而成，框架27可拆解为单独的12条梁。

所有螺纹坑29（M6内螺纹）均按矩阵形式排列，各螺纹坑29之间的孔距为2.5厘米，螺纹坑29便于用户根据自己需求加装其它器件，也便于用户根据需要调整样品检测箱内已安装器件的位置。

框架27和箱板28的材质为金属。

实际应用时，为了更加方便地调节光采集器4和激光位移传感器5的位置，可以使光采集器安装架11中连接光采集器4的横杆通过夹具连接于竖杆上，以便横杆的高度可以调节，光采集器安装架11的底部可以设一个二维平面位移台；可以使激光位移传感器安装架12中连接激光位移传感器5的横杆通过夹具连接于竖杆上，以便横杆的高度可以调节，激光位移传感器安装架12的底部也可以设一个二维平面位移台。

除尘器7含有密封的壳体32﹑过滤罩33和风机34，壳体32内设有两层水平隔板：上层水平隔板35和下层水平隔板36，上层水平隔板35和下层水平隔板36将壳体32内部分成三个腔体：上腔体37﹑中腔体38和下腔体39，除尘器7的出风口14和进风口15分别位于壳体32的上部和下部，出风口14和进风口15分别与上腔体37和下腔体39连通，上层水平隔板35和下层水平隔板36的上表面中部分别设有上通孔40和下通孔41，风机34设在上层水平隔板35的上通孔40处，过滤罩33设在中腔体38中且过滤罩33的罩口与下层水平隔板36的上表面密封连接，过滤罩33的内部通过下通孔41与下腔体39连通；除尘器7的控制信号输入端口42设在壳体32表面，控制信号输入端口42与风机34的电源端连接。

过滤罩33为内﹑外两层结构，过滤罩33的内层为空气过滤棉，对气体进行粗过滤﹑外层为HEPA高效过滤网，对气体进行进一步过滤。

箱门8为具有激光防护功能的透明门；透明板的材质为熔融石英玻璃；颗粒物浓度传感器6为PM2.5传感器；透镜安装架10上设有调节高度的调节旋钮30；控制器为计算机；三维位移平台2含有三个一轴位移台，三个一轴位移台分别为：X轴位移台﹑Y轴位移台和Z轴位移台，控制器的平台控制端口与位移平台控制器的通信口连接，位移平台控制器的三个电机控制接口分别与三个一轴位移台连接。

透明门方便用户观察箱体1的内部情况。

位移平台控制器的型号为：SC300-3A；X轴位移台和Y轴位移台的型号为：TSA100-B型，Z轴位移台的型号为：TSA50-B型，生产厂家：北京卓立汉光仪器有限公司；光谱仪为德国LTB公司的ARYELLE200型中阶梯光谱仪；激光位移传感器5的型号为：松下HL-G108-S-J；PM2.5传感器的型号为：ZH03B，生产厂家：郑州炜盛电子科技有限公司。

使用该样品检测箱时，可将被分析的样品放置在三维位移平台2的水平台面13上，再使激光器发出的一束激光通过激光入射窗口9垂直投射到箱体1内，然后通过控制器控制三维位移平台2移动（移动时，水平台面13上下移动的距离根据激光位移传感器5的输出信号来确定，水平台面13的左右和前后移动距离根据控制器内部预先设定好的参数确定），使样品正好位于聚焦透镜3下方设定位置处，此时，光采集器4就可采集样品发出的等离子体发射光，采集到的光线输送到光谱仪中，经光谱仪处理后得到光谱信号，然后送到控制器中，最终由控制器分析出样品的成份。在分析开始前，控制器先启动除尘器7清除箱体1内的悬浮微粒，可采用开放气体循环或者封闭气体循环模式，当颗粒物浓度传感器6检测到箱体1内的颗粒物浓度下降到设定数值时，开始LIBS分析，分析过程中控制器根据颗粒物传感器6检测到的颗粒物浓度情况控制除尘器7以合适的除尘效率工作，维持设定分析气体环境，分析结束后，控制器关闭除尘器7，等待下一次LIBS分析。

当该样品检测箱不进行LIBS分析时，控制器可控制三维位移平台2向左右或前后移动，使水平台面13不处于聚焦透镜3的正下方，以防激光长时间射在水平台面13上，对水平台面13造成损害；或者用挡光片挡住激光，避免激光进入箱体1内，在箱体1内散射，开箱门时发生激光伤人事故；或者暂时关闭激光器。

实施例二：

参见图1～图8﹑图10，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，其工作过程也相同，相同之处不重述，不同之处如下：出风管道16上安装有一个三通电磁阀48，三通电磁阀48的入口与除尘器7的出风口14连通，三通电磁阀48的第一出口与外界连通，三通电磁阀48的第二出口与箱体进风口25连通，三通电磁阀48靠近箱体进风口25安装，控制器的三通电磁阀控制输出端与三通电磁阀48的控制端连接。

采用三通电磁阀48代替实施例一中的第一电磁阀45和第二电磁阀46时，控制过程类似。

Claims (10)

1.一种用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：含有密封的箱体﹑三维位移平台﹑聚焦透镜﹑光采集器﹑激光位移传感器﹑颗粒物浓度传感器﹑光谱仪﹑除尘器和控制器，光谱仪﹑除尘器和控制器均设置在箱体的外面，三维位移平台﹑聚焦透镜﹑光采集器﹑激光位移传感器和颗粒物浓度传感器均设置在箱体的内部，箱体的一个侧面上设有箱门；三维位移平台固定安装在箱体的内底面中部，箱体的顶板中部设有一个激光入射窗口，激光入射窗口上安装有透明板，箱体的内壁上固定安装有透镜安装架﹑光采集器安装架和激光位移传感器安装架，聚焦透镜﹑光采集器和激光位移传感器分别安装在透镜安装架﹑光采集器安装架和激光位移传感器安装架上，颗粒物浓度传感器固定安装在箱体的内壁上；当三维位移平台的水平台面移动到正中位置时，水平台面正好位于激光入射窗口的正下方，聚焦透镜位于激光入射窗口和三维位移平台的水平台面之间，且聚焦透镜位于激光入射窗口的正下方，光采集器和激光位移传感器位于三维位移平台的水平台面的侧上方，光采集器的光线采集口朝向三维位移平台的水平台面的中部，激光位移传感器的激光发射面正对三维位移平台的水平台面；光采集器的输出光纤与光谱仪的光纤输入端口连接，光谱仪的信号输出端口与控制器的光谱信号输入端口连接，激光位移传感器的信号输出端口和颗粒物浓度传感器的信号输出端口分别与控制器的样品表面位置监测信号输入端口和颗粒物浓度输入端口连接，控制器的平台控制端口通过位移平台控制器与三维位移平台连接；除尘器的出风口和进风口分别通过出风管道和进风管道与箱体的内部连通，出风管道与箱体进风口连通，进风管道与箱体出风口连通，除尘器的控制信号输入端口与控制器的除尘控制信号输出端口连接。

2.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述箱体的箱板上设有保护气体进气口，保护气体进气口上安装有第三电磁阀，控制器的第三电磁阀控制输出端与第三电磁阀的控制端连接，保护气体进气口位于箱体内部的一端连接有喷气嘴，箱体的内壁上还设有气体传感器，气体传感器的信号输出端口与控制器的气体检测信号输入端口连接，出风管道的侧面伸出一根排气管，排气管与出风管道连通，排气管上安装有第一电磁阀，在出风管道上且位于排气管和箱体进风口之间安装有第二电磁阀，控制器的第一电磁阀控制输出端和第二电磁阀控制输出端分别与第一电磁阀和第二电磁阀的控制端连接。

3.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述箱体的箱板上设有保护气体进气口，保护气体进气口上安装有第三电磁阀，控制器的第三电磁阀控制输出端与第三电磁阀的控制端连接，保护气体进气口位于箱体内部的一端连接有喷气嘴，箱体的内壁上还设有气体传感器，气体传感器的信号输出端口与控制器的气体检测信号输入端口连接，出风管道上安装有一个三通电磁阀，三通电磁阀的入口与除尘器的出风口连通，三通电磁阀的第一出口与外界连通，三通电磁阀的第二出口与箱体进风口连通，控制器的三通电磁阀控制输出端与三通电磁阀的控制端连接。

4.根据权利要求2或3所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述箱体的内壁上还设有摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器和照明灯，摄像头的信号输出端口﹑温度传感器的信号输出端口和湿度传感器的信号输出端口分别与控制器的视频输入端口﹑温度输入端口和湿度输入端口连接，控制器的照明输出端与照明灯连接。

5.根据权利要求4所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述保护气体进气口设在箱体的侧板上；摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器﹑气体传感器和照明灯均安装在箱体的内上壁上；摄像头﹑温度传感器﹑湿度传感器﹑气体传感器和照明灯与控制器之间的连接电缆从箱体内部穿过箱体侧板上的通孔后到达箱体外面；气体传感器含有氧气传感器和二氧化碳传感器；喷气嘴为软管喷气嘴。

6.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述光采集器和激光位移传感器分别位于三维位移平台的水平台面的上方两侧；出风管道与箱体一侧上部的箱体进风口连通，进风管道与箱体另一侧下部的箱体出风口连通；颗粒物浓度传感器安装在箱体的内上壁上；光采集器的输出光纤从箱体内部穿过箱体侧板上的通孔后到达箱体外面，激光位移传感器﹑三维位移平台和颗粒物浓度传感器与控制器之间的连接电缆也从箱体内部穿过箱体侧板上的通孔后到达箱体外面。

7.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述箱体含有正方体形或长方体形的框架，框架的顶面﹑底面和四个侧面上均安装有箱板，箱门设在框架前侧面的箱板上，框架底面的箱板的内表面上均布有螺纹坑，三维位移平台﹑透镜安装架﹑光采集器安装架和激光位移传感器安装架均通过螺纹坑安装在框架底面的箱板的内表面上。

8.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述除尘器含有密封的壳体﹑过滤罩和风机，壳体内设有两层水平隔板：上层水平隔板和下层水平隔板，上层水平隔板和下层水平隔板将壳体内部分成三个腔体：上腔体﹑中腔体和下腔体，除尘器的出风口和进风口分别位于壳体的上部和下部，出风口和进风口分别与上腔体和下腔体连通，上层水平隔板和下层水平隔板的上表面中部分别设有上通孔和下通孔，风机设在上层水平隔板的上通孔处，过滤罩设在中腔体中且过滤罩的罩口与下层水平隔板的上表面密封连接，过滤罩的内部通过下通孔与下腔体连通；除尘器的控制信号输入端口设在壳体表面，控制信号输入端口与风机的电源端连接。

9.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述箱门为透明门；透明板的材质为熔融石英玻璃；颗粒物浓度传感器为PM2.5传感器；透镜安装架上设有调节高度的调节旋钮；控制器为计算机；三维位移平台含有三个一轴位移台，三个一轴位移台分别为：X轴位移台﹑Y轴位移台和Z轴位移台，控制器的平台控制端口与位移平台控制器的通信口连接，位移平台控制器的三个电机控制接口分别与三个一轴位移台连接。

10.根据权利要求9所述的用于激光诱导击穿光谱分析的样品检测箱，其特征是：所述位移平台控制器的型号为：SC300-3A；X轴位移台和Y轴位移台的型号为：TSA100-B型，Z轴位移台的型号为：TSA50-B型；光谱仪为德国LTB公司的ARYELLE200型中阶梯光谱仪；激光位移传感器的型号为：松下HL-G108-S-J；PM2.5传感器的型号为：ZH03B。