CN113252618A - 激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置及光谱分析系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置及光谱分析系统。其中，激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置包括激光器、聚焦透镜以及联动组件。联动组件包括平台以及设置在平台上的光谱采集部件，样品放置在平台上。激光器发出的激光经过聚焦透镜，聚焦在样品表面、样品表面以上或样品表面以下的某一个位置，激光与样品表面相交的位置为作用点。光谱采集部件跟随平台移动，且采集方向始终与激光作用点的相对位置始终保持不变。本申请的激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置实现了光谱采集部件与平台共同运动，使得光路调节更加便捷，提高了光路稳定性。

Description

激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置及光谱分析系统

技术领域

本申请涉及原子发射光谱领域，尤其涉及一种激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置及光谱分析系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱分析系统使用高峰值功率的脉冲激光照射样品，光束聚焦到一个很小的分析点。在激光照射的光斑区域，样品中的材料被烧蚀剥离，并在样品上方形成粒子云团。由于激光的能量显著地被该云团吸收，逐渐形成等离子体。高能量的等离子体使粒子熔化，激发并辐射出光谱。等离子中的原子、离子及分子发出的光可以被探测器接收并记录，通过对光谱的特征波长和强度信息进行分析，可获得被测样品中存在的不同元素成分和浓度信息。

然而，激光诱导击穿光谱分析系统的测量结果容易受到实验参数波动性的影响，导致测量的精密度和准确性较差。尤其是被测样品表面与激光束聚焦透镜焦平面的相对位置将对测量光谱的稳定性具有较大的影响。为克服上述因素的影响，传统的调整方法是通过导轨不断移动样品台，调节样品表面的位置。然而改变样品表面位置将引起激发的等离子体位置发生改变，导致激发的等离子体和光谱采集透镜的相对位置发生变化，激光诱导击穿光谱分析系统中的光谱采集透镜位置也要随之不断调整，从而使整个调整步骤重复繁琐，耗时耗力。另外，光谱采集透镜的口径小，视角小，稍有偏移便引起接收光强较大改变，导致移动前后数据测量条件不同，无法比较。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了一种激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置及光谱分析系统。

本申请的第一个目的在于提出一种激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置，能够在调节光路时更加便捷，提高光路稳定性和一致性。

本申请的第二个目的在于提出一种激光诱导击穿光谱分析系统。

本申请的第三个目的在于提出一种光谱分析方法。

为实现上述第一个目的，本申请提出一种激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置，包括激光器、聚焦透镜、联动组件，

所述联动组件包括平台以及设置在所述平台上的光谱采集部件；

样品放置在所述平台上；

所述激光器发出的激光经过所述聚焦透镜，聚焦在所述样品上的作用点。

所述光谱采集部件跟随所述平台移动，且采集方向始终对准所述作用点。

可选的，所述光谱采集部件和所述平台沿所述激光的光轴方向移动。

可选的，所述联动装置还包括旋转件，所述旋转件固定在所述平台上，所述样品固定在所述旋转件上。

可选的，所述光谱采集部件包括光谱采集透镜、横连杆以及竖连杆，

所述竖连杆固定在所述平台上；

所述横连杆与所述竖连杆活动连接，所述横连杆可沿所述竖连杆移动；

所述光谱采集透镜与所述横连杆活动连接，所述光谱采集透镜可沿所述横连杆移动和/或围绕所述横连杆旋转，使得所述光谱采集透镜的采集方向始终对准所述作用点。

可选的，所述横连杆和所述竖连杆为刚性连杆。

可选的，所述光谱采集透镜与所述作用点的相对位置固定不变。

本申请提出的激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置，能够在调节光路时更加便捷，提高光路稳定性和一致性。

为实现上述第二个目的，本申请还提出一种激光诱导击穿光谱分析系统，包括上述实施例中的联动装置、光谱仪和分析设备，

所述光谱仪通过光纤与所述联动装置中的光谱采集部件连接，用于接收所述光谱采集部件采集的光谱信息；

所述分析设备与所述光谱仪电连接，用于对所述光谱仪传输的光谱信息进行分析。

本申请提出的激光诱导击穿光谱分析系统，通过使用联动装置来调节聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离，操作更加便捷，提高光谱分析效率。

为实现上述第三个目的，本申请还提出一种光谱分析方法，包括：

控制上述实施例中的联动装置沿激光光轴移动，以调节激光诱导击穿光谱分析系统中聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离；

在不同距离下，分别获取与所述距离对应的样品的特征谱线强度的相对标准偏差；

基于所述相对标准偏差确定聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的最佳测试距离。

可选的，包括：

通过控制所述激光诱导击穿光谱分析系统中的联动装置沿激光光轴移动，以调节所述聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离。

可选的，获取与所述距离对应的样品的特征谱线强度的相对标准偏差，包括：

获取在同一距离下样品的N个特征谱线强度；

计算出N个特征谱线强度的平均值和标准差；

根据N个特征谱线强度的平均值和标准差计算出相对标准偏差，其中，N为大于等于1的正整数。

可选的，基于所述相对标准偏差确定聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的最佳测试距离包括：

获取M个相对标准偏差；

比较所述M个相对标准偏差，并将最小的相对标准偏差对应的距离作为最佳测试距离。

可选的，方法还包括：

当样品表面存在损耗时，通过控制所述联动装置沿激光光轴移动对损耗进行补偿。

本申请提出的光谱分析方法，通过测试不同距离下的特征信号的相对标准偏差确定聚焦透镜焦平面与样品表面之间的最佳测试距离，有效降低样品的特征信号相对标准偏差，从而提高激光诱导击穿光谱分析系统的测量精度。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一个实施例的激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置的结构示意图；

图2是本申请另一个实施例的激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置的结构示意图；

图3是本申请又一个实施例的激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置的结构示意图；

图4是本申请一个实施例的激光诱导击穿光谱分析系统的结构示意图；

图5是本申请一个具体实施例的激光诱导击穿光谱分析系统的结构示意图；

图6是本申请一个实施例的光谱分析方法的流程图；

图7是本申请一个具体实施例的光谱分析方法的流程图；

图8是本申请另一个具体实施例的光谱分析方法的流程图；

图9是样品表面与聚焦透镜焦平面之间不同距离下的相对标准偏差的分析结果示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

下面参考附图描述本申请实施例的激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置及光谱分析系统。

如图1所示，激光诱导击穿光谱分析系统包括激光器1、聚焦透镜2和联动组件3。

其中，激光器1用于射出高能激光，聚焦透镜2用于将高能激光进行聚焦。可选的，激光器1为脉冲激光器。

联动组件3包括平台301以及设置在平台301上的光谱采集部件31。样品303放置在平台301上。激光器1发出的激光通过聚焦透镜2聚焦在样品303上的作用点304，激光在样品表面的作用点304激发出等离子体，高能量的等离子体使作用点304处的粒子熔化，激发并辐射出光谱。其中，作用点可以在样品表面、样品表面以上或样品表面以下的某一个位置。

光谱采集部件31用于收集等离子体辐射出的光谱。光谱采集部件31对准激光在样品303表面的作用点304。光谱采集部件31跟随平台301移动，并且采集方向始终对准作用点304，因而在调整样品303表面位置时，光谱采集部件31与激光作用于样品303的相对位置固定不变，从而保证光谱采集部件31所采集的光谱的位置始终是激光作用于样品表面的位置。

激光诱导击穿光谱分析系统通过设置联动装置，使得光谱采集部件31跟随平台301移动，提高了采集光路的稳定性和一致性，为激光诱导击穿光谱分析系统测量数据提供一个相对不变的条件，同时对调节样品表面位置提供了较大的便捷条件，扩大了样品表面的移动范围。

在检测过程中，光谱采集部件31和平台301可沿激光的光轴方向移动，调节样品303与聚焦透镜2焦平面之间的距离，通过分析不同距离下样品的特征谱线强度的相对标准偏差数值，进而确定样品303与聚焦透镜2焦平面之间的最优距离，从而提高激光诱导击穿光谱的测量精度。

在该申请的一个实施例中，如图2所示，联动装置还包括旋转件302。

旋转件302固定在平台301上，样品303固定在旋转件302上，旋转件302带动样品303旋转时，激光光轴方向与样品303中心点偏移一固定的距离，旋转件302以偏离激光光轴方向为中心进行旋转，在旋转过程中改变样品表面的作用点304，从而实现对样品303表面不同点304的测试的同时，保证不同作用点304与光谱采集透镜306的位置保持恒定不变。

在该申请的一个实施例中，如图3所示，光谱采集部件31具体可包括光谱采集透镜306、横连杆307以及竖连杆308。其中，光谱采集透镜306用于收集激光激发产生的光谱，横连杆307以及竖连杆308为刚性结构件。竖连杆308固定在平台301上，从而实现光谱采集部件31与平台301的联动。横连杆307与竖连杆308活动连接，横连杆307可沿竖连杆308移动。光谱采集透镜306与横连杆307活动连接，光谱采集透镜306可沿横连杆307移动或者围绕横连杆307旋转，或者同时沿着横连杆307移动并且围绕横连杆307旋转。应当理解为，附图仅为示意，横连杆307与竖连杆308以及光谱采集透镜306与横连杆307的活动连接方式任意，在此不做限定。

光谱采集部件31通过横连杆307和竖连杆308将光谱采集透镜306固定在平台301上，使得光谱采集透镜306与平台301联动，保证了平台301移动过程时，光谱采集透镜306与作用点304的相对位置固定不变，提高了采集光路的稳定性和一致性。光谱采集部件31的各个部件为活动连接，便于调节光谱采集透镜306的位置和角度。

本申请的有益效果为：联动装置中的联动组件实现了平台与光谱采集透镜同步运动，在调整样品表面位置时，保证光谱采集透镜与激光作用于样品的相对位置固定不变，从而提高了采集光路稳定性，保证了光路一致性，为分析测量数据提供一个相对稳定的条件；对调节样品表面位置提供了极大的便捷条件，扩大了样品表面的移动范围。

为实现上述目的，本申请还提出了利用激光诱导击穿光谱分析系统。

如图4所示，激光诱导击穿光谱分析系统包括上一方面实施例中的联动装置、光谱仪5和分析设备6。

光谱仪5通过光纤4与联动装置中的光谱采集部件31连接，光谱仪5用于接收光谱采集部件31采集的光谱处理后转化成电信号。分析设备6与光谱仪5电连接，分析设备6用于对光谱仪5传输的电信号进行分析，进而生成样品的特征光谱图。

可选的，分析设备6可以是计算机。

本申请的激光诱导击穿光谱分析系统，通过使用联动装置来调节聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离，操作更加便捷，提高光谱分析效率。

下面以一个具体的实施例进行详细描述。

针对现有技术存在的问题，本申请提出了一种激光诱导击穿光谱分析系统，通过将光谱采集透镜与样品所在平台设置为联动装置，把光谱采集透镜对准激光作用于样品表面的位置，调整好距离和角度之后使用刚性连杆固定到样品所在平台上，实现平台与光谱采集透镜同步运动。因此，调整样品表面位置时，光谱采集透镜与激光作用于样品的相对位置固定不变，光谱采集透镜采集光谱的位置始终是激光作用于样品表面的位置。

具体来说，如图5所示，激光诱导击穿光谱分析系统包括激光器1、聚焦透镜2、联动组件3、光纤4、光谱仪5及分析设备6。

其中，激光器1用于射出的高能激光，其中，激光器1为脉冲激光器。聚焦透镜2用于将高能激光进行聚焦。

联动组件3包括平台301、旋转件302以及设置在平台301上的光谱采集部件31。旋转件302固定在平台301上，样品303固定在旋转件302上，并且样品303与旋转件302之间的相对位置始终保持不变。旋转件302以偏离激光光轴方向为中心进行旋转，在旋转过程中改变样品表面的作用点304，从而实现对样品303表面不同点的测试。激光器1发出的激光通过聚焦透镜2聚焦在样品303上的作用点304，激光在样品表面的作用点304激发出等离子体，高能量的等离子体使作用点304处的粒子熔化，激发并辐射出光谱。

光谱采集部件31和平台301沿激光的光轴方向移动，通过光谱采集部件31和平台301联动地沿光轴方向移动，获取样品303与聚焦透镜2焦平面之间的最优距离，从而提高激光诱导击穿光谱的测量精度。

光谱采集部件31用于收集等离子体辐射出的光谱。光谱采集部件31对准激光在样品303表面的作用点304。光谱采集部件31跟随平台301移动，并且采集方向始终对准作用点304，因而在调整样品303表面位置时，光谱采集部件31与激光作用于样品303的相对位置固定不变，从而保证光谱采集部件31所采集的光谱的位置始终是激光作用于样品表面的位置。

光谱采集部件31包括光谱采集透镜306、横连杆307以及竖连杆308。其中，光谱采集透镜306用于收集激光激发产生的光谱，横连杆307以及竖连杆308为刚性结构件。竖连杆308固定在平台301上，从而实现了光谱采集部件31与平台301的联动。横连杆307与竖连杆308活动连接，横连杆307可沿竖连杆308移动。光谱采集透镜306与横连杆307活动连接，光谱采集透镜306可沿横连杆307移动或者围绕横连杆307旋转，或者同时沿着横连杆307移动并且围绕横连杆307旋转。应当理解为，附图仅为示意，横连杆307与竖连杆308以及光谱采集透镜306与横连杆307的活动连接方式任意，在此不做限定。

光谱采集部件31通过横连杆307和竖连杆308将光谱采集透镜306固定在平台301上，使得光谱采集透镜306与平台301联动，保证了平台301移动过程时，光谱采集透镜306与作用点304的相对位置固定不变，提高了采集光路的稳定性和一致性。光谱采集部件31的各个部件为活动连接，便于调节光谱采集透镜306的位置和角度。

光谱仪5通过光纤4与光谱采集部件31中的光谱采集透镜306连接。光谱仪5用于接收光谱采集部件31采集的光谱处理后转化成电信号。分析设备6与光谱仪5电连接，分析设备6用于对光谱仪5传输的电信号进行分析，进而生成样品的特征光谱图。可选的，分析设备6为计算机。

本申请的有益效果为：激光诱导击穿光谱分析系统的联动组件实现平台与光谱采集透镜同步运动，在调整样品表面位置时，保证光谱采集透镜与激光作用于样品的相对位置固定不变，从而提高了采集光路稳定性，保证了光路一致性，为分析测量数据提供一个相对稳定的条件；对调节样品表面位置提供了极大的便捷条件，扩大了样品表面的移动范围。

为实现该申请中的第三个目的，本申请还提出了一种光谱分析方法。

如图6所示，光谱分析方法包括：

步骤S1，控制联动装置沿激光光轴移动，以调节激光诱导击穿光谱分析系统中聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离。

控制激光诱导击穿光谱分析系统中联动装置的联动组件沿激光光轴方向移动，以调节聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离。在同一距离下获取样品的不同位置的N个特征谱线强度，计算出N个特征谱线强度的平均值和标准差，从而计算出在该距离下的特征谱线强度的相对标准偏差。可选的，N为大于等于1的正整数。

步骤S2，在不同距离下，分别获取与距离对应的样品的特征谱线强度的相对标准偏差数值。

改变样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离，并重复步骤S1，获得不同距离下的M个相对标准偏差。

步骤S3，基于相对标准偏差确定聚焦透镜焦平面与样品表面之间的最佳测试距离。

比较步骤S2中获得的M个相对标准偏差，并将最小的相对标准偏差对应的聚焦透镜焦平面与样品表面之间距离作为最佳测试距离。

另外，对于某种样品，如果激光作用于样品表面，则可能对样品表面产生较大损耗，导致在样品表面形成一个凹坑。对于这种样品，需要在同一位置进行多次采集时，可控制联动组件沿激光光轴方向移动，每次移动的距离为每次凹坑深度增加的距离，作为对样品表面与聚焦透镜焦平面相对距离变动的补偿。

下面以一个具体的实施例对光谱分析方法进行阐述。

如图7所示，光谱分析方法的操作步骤包括：

步骤S71，制备样品，选取测试点。

选定样品中欲测量的目标元素及其特征谱线，使用质量计量装置称取一定质量的粉末样品，使用压片机将粉末样品压制成便于测量的饼状，压片机每次压制样品的压力和保压时间相同，保证饼状样品表面平整度和样品厚度相同，在饼状样品表面预选25个均匀分布的测试点。

步骤S72，组装系统。

将饼状样品放在平台上，光谱采集透镜与平台组成联动组件。具体来说，调节光谱采集透镜的距离和角度，使其对准激光在样品表面的作用点，然后使用横连杆和竖连杆将光谱采集透镜固定到平台上。联动组件的运动方式为沿光轴移动。

步骤S73，调节联动组件以调节聚焦透镜焦平面与样品表面的距离。

调节联动组件使样品表面处于聚焦透镜的焦平面之后的适当位置，记录样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离为L_f。当样品表面在聚焦透镜焦平面时，L_f＝0；当样品表面在聚焦透镜焦平面之后时，L_f＞0；当样品表面在聚焦透镜焦平面之前时，L_f＜0。

步骤S74，使用激光诱导击穿光谱分析系统对样品进行检测。

使用脉冲激光器作为激发光源，发出的具有高能量的激光通过聚焦透镜聚焦以进一步提高激光能量密度，聚焦后的激光作用于样品表面测试点，测试点产生等离子体，由于等离子体衰减而产生的辐射光信号被光谱采集透镜收集，通过光纤传入光谱仪，光谱仪将辐射光信号处理后转化成电信号并传输给计算机进行分析，从而得到样品的特征光谱图。

步骤S75，计算特征光谱相对标准偏差RSD₁。

从特征光谱中得到目标元素的激光诱导击穿光谱特征谱线，并计算特征谱线强度相对标准偏差RSD₁，将RSD₁作为重复性指标。

其中，σI表示Lf₁条件下特征谱线强度的标准差。

I_i表示从第i个测试点的特征谱线强度，I表示L_f1条件下特征谱线强度的平均值：

步骤S76，改变聚焦透镜焦平面与样品表面的距离L_fi，得到RSD_i。

改变样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离L_fi，重复步骤S72-S75，在新的距离L_fi条件下，检测待测样品，得到对应的光谱信号，计算对应的特征谱线强度相对标准偏差RSD_i。

步骤S77，确定聚焦透镜焦平面与样品表面最优距离。

通过比较样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离L_fi条件下对应的待测样品光谱信号的特征谱线强度相对标准偏差RSD_i，找出最小值，将这个最小值对应的距离作为样品表面与聚焦透镜焦平面之间最优距离。

步骤S78，采用上述最优距离对样品进行检测。

另外，对于某种样品，激光作用于样品表面，样品表面产生较大损耗，导致在样品表面形成一个凹坑。对于这种样品，需要在同一位置进行多次采集时，可控制联动组件沿激光光轴方向移动，每次移动的距离为每次凹坑深度增加的距离，作为对样品表面与聚焦透镜焦平面相对距离变动的补偿。

以下以利用激光诱导击穿光谱分析系统测量煤中碳C元素为例，对光谱分析方法进行详细阐述。以下实施例中的检测方法基于图5所对应的激光诱导击穿光谱分析系统实现。

如图8所示，光谱分析方法包括以下步骤：

步骤S81，准备标准煤样品，在煤饼表面选取测试点。

对一种标准煤样品中的C元素进行分析，使用托盘天平称取10g标准煤粉末样品，利用压片机将该煤样品压制成若干个表面平整光滑的煤饼，压片机每次压制煤饼的压力为25吨，保压时间为10分钟，保证煤饼表面平整度和煤饼厚度相同，在煤饼表面选定均匀分布的25个测试点。

步骤S82，组装激光诱导击穿光谱分析系统。

将一个煤饼放在平台上，光谱采集透镜与平台组成联动组件。平台上固定有旋转件，样品放置并固定在旋转件上，调节光谱采集透镜对准激光在样品表面的作用点。调整好光谱采集透镜的距离和角度之后，使用刚性横连杆和竖连杆将光谱采集透镜固定到平台上，联动组件的运动方式为沿光轴移动。

步骤S83，控制联动组件沿激光光轴移动，调节聚焦透镜焦平面与标准煤样品表面的距离。

调节联动组件沿激光光轴移动使样品表面处于聚焦透镜的焦平面之后适当位置，记录样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离L_f1＝3mm；

步骤S84，使用激光诱导击穿光谱分析系统对标准煤样品进行检测。

使用脉冲激光器作为激发光源，发出的具有高能量的激光通过聚焦透镜聚焦以进一步提高激光能量密度，聚焦后的激光作用于样品表面测试点，测量点产生等离子体，由于等离子体衰减而产生的辐射光信号被光谱采集透镜收集，通过光纤传入光谱仪，光谱仪将辐射光信号处理后转化成电信号并传输给计算机，从而得到样品的特征光谱图。

步骤S85，计算标准煤样品25个不同测试点的特征光谱的相对标准偏差RSD₁。

连续重复步骤S84，最终得到煤饼在25个不同测试点的25幅特征光谱图，从测量得到的25幅特征光谱中提取碳原子247.856nm的特征谱线强度，使用25个特征谱线强度作为碳原子247.856nm的激光诱导击穿光谱信号，计算碳原子247.856nm的特征谱线强度的相对标准偏差RSD₁，作为重复性的指标：

其中，i代表煤饼的第i个测试点，i＝1，2，3，…，25，σI表示L_f1条件下光谱信号的标准差：

I_i表示从第i个测试点的特征光谱图中得到的特征谱线强度，I表示L_f1条件下的特征谱线强度的平均值：

得到样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离L_f1＝3mm时，碳原子247.856nm的特征谱线强度的RSD₁＝2.92％。

步骤S86，改变聚焦透镜焦平面与标准煤样品表面的距离L_fi，得到RSD_i。

不断改变样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离L_fi，如下表1所示。

表1样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离L_fi

L<sub>f1</sub>

L<sub>f2</sub>

L<sub>f3</sub>

L<sub>f4</sub>

L<sub>f5</sub>

L<sub>f6</sub>

L<sub>f7</sub>

3mm

2mm

1mm

0mm

-1mm

-2mm

-3mm

重复步骤S82-S85，在新的距离L_fi条件下，检测待测样品，得到对应的光谱信号，计算特征谱线强度的相对标准偏差RSD_i。

步骤S87，确定聚焦透镜焦平面与标准煤样品表面最优距离。

比较这7个样品表面与聚焦透镜焦平面之间的距离条件下对应的待测样品碳247.856nm的特征谱线强度的相对标准偏差，找出最小值。

图9为在7个不同距离条件下的特征谱线强度的相对标准偏差的结果示意图，可以发现L_f＝2mm条件下的相对标准偏差最小，只有2.10％，也就是说L_f＝2mm条件下的激光诱导击穿光谱的重复性得到显著提高，因此L_f＝2mm为最优距离，采用该距离检测，可有效降低该样品的光谱信号的相对标准偏差，从而提高系统的测量精度。

步骤S88，采用上述最优距离对实际样品进行检测。

另外，对于某种样品，激光作用于样品表面，样品表面产生较大损耗，导致在样品表面形成一个凹坑。对于这种样品，需要在同一位置进行多次采集时，可控制联动组件沿激光光轴方向移动，每次移动的距离为每次凹坑深度增加的距离，作为对样品表面与聚焦透镜焦平面相对距离变动的补偿。

本申请的有益效果为：(1)采用最优距离对样品进行检测，有效降低样品的激光诱导击穿光谱信号的相对标准偏差，从而提高系统的测量精度；(2)联动装置实现平台与光谱采集透镜同步运动，在调整样品表面位置时，保证光谱采集透镜与激光作用于样品的相对位置固定不变，从而提高了采集光路稳定性，保证了光路一致性，为分析测量数据提供了一个相对稳定的条件；(3)对调节样品表面位置提供了极大的便捷条件，扩大了样品表面的移动范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (11)

1.一种激光诱导击穿光谱分析系统的联动装置，其特征在于，所述联动装置包括激光器(1)、聚焦透镜(2)、联动组件(3)，

所述联动组件(3)包括平台(301)以及设置在所述平台(301)上的光谱采集部件(31)；

样品(303)放置在所述平台(301)上；

所述激光器(1)发出的激光经过所述聚焦透镜(2)，聚焦在所述样品(303)上的作用点(304)；

所述光谱采集部件(31)跟随所述平台(301)移动，且采集方向始终对准所述作用点(304)。

2.如权利要求1所述的联动装置，其特征在于，所述光谱采集部件(31)和所述平台(301)沿所述激光的光轴方向移动。

3.如权利要求1所述的联动装置，其特征在于，所述联动装置还包括旋转件(302)，所述旋转件(302)固定在所述平台(301)上，所述样品(303)固定在所述旋转件(302)上。

4.如权利要求1所述的联动装置，其特征在于，所述光谱采集部件(31)包括光谱采集透镜(306)、横连杆(307)以及竖连杆(308)，

所述竖连杆(308)固定在所述平台(301)上；

所述横连杆(307)与所述竖连杆(308)活动连接，所述横连杆(307)可沿所述竖连杆(308)移动；

所述光谱采集透镜(306)与所述横连杆(307)活动连接，所述光谱采集透镜(306)可沿所述横连杆(307)移动和/或围绕所述横连杆(307)旋转，使得所述光谱采集透镜(306)的采集方向始终对准所述作用点(304)。

5.如权利要求4所述的联动装置，其特征在于，所述横连杆(307)和所述竖连杆(308)为刚性连杆。

6.如权利要求4所述的联动装置，其特征在于，所述光谱采集透镜(306)与所述作用点(304)的相对位置固定不变。

7.一种激光诱导击穿光谱分析系统，包括如权利要求1-6任一项所述的联动装置、光谱仪(5)和分析设备(6)，

所述光谱仪(5)通过光纤(4)与所述联动装置中的光谱采集部件(31)连接，用于接收所述光谱采集部件(31)采集的光谱信息；

所述分析设备(6)与所述光谱仪(5)电连接，用于对所述光谱仪(5)传输的光谱信息进行分析。

8.一种光谱分析方法，其特征在于，包括：

控制如权利要求1-6任一项所述的联动装置沿激光光轴移动，以调节聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的距离；

在不同距离下，分别获取与所述距离对应的样品的特征谱线强度的相对标准偏差；

基于所述相对标准偏差确定聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的最佳测试距离。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，获取与所述距离对应的样品的特征谱线强度的相对标准偏差，包括：

获取在同一距离下样品的N个特征谱线强度；

计算出N个特征谱线强度的平均值和标准差；

根据N个特征谱线强度的平均值和标准差计算出相对标准偏差，其中，N为大于等于1的正整数。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述相对标准偏差确定聚焦透镜的焦平面与样品表面之间的最佳测试距离，包括：

获取M个相对标准偏差；

比较所述M个相对标准偏差，并将最小的相对标准偏差对应的距离作为最佳测试距离。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，方法还包括：

当样品表面存在损耗时，通过控制所述联动装置沿激光光轴移动对损耗进行补偿。

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