CN115364779A - 一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，具体涉及激光诱导击穿光谱技术领域，包括由两个可拆开的部分组成：气溶胶加速及输出结构和气溶胶发生系统，所述气溶胶加速及输出结构与所述气溶胶发生系统之间通过凹凸结构稳定结合。本发明用于激光诱导击穿光谱实验中检测的液态气溶胶的生成。发生器与时序控制器连接。气溶胶发生时间、激光脉冲时间与光谱仪采样时间三者之差可由时序控制器调节。通过电路控制，气溶胶产生频率可控。气溶胶的发生既可以与激光脉冲同步，也可以以两次脉冲之间只生成一次气溶胶。实现一次样品信号伴随一次空气信号的采样模式，用于去除光谱信号的基底噪声。
Description
技术领域
本发明涉及激光诱导击穿光谱技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置。
背景技术
激光诱导击穿光谱技术是一种物质成分检测与分析技术，利用激光聚焦在样品表面产生高温等离子体。脉冲结束后，随着等离子体温度下降，处于激发态的原子与离子跃迁向低能级或基态，并发射特定频率的光子，产生特征光谱。光谱的频率代表样品包含的元素种类，强度代表样品的浓度。通过分析光谱，可实现对样品的定向及定量分析。随着技术的发展，LIBS可以用于固体、液体、气体和气溶胶的检测；而样品的状态会影响等离子体的形状，容易影响光谱信号的稳定，因此在检测过程中检测样品生成的等离子体可控具有重要意义。然而，气溶胶样品其发散性会造成激光生成的等离子体形状改变。气溶胶范围过大也会对等离子体辐射的光有一定的吸收效应，对光谱的分析有一定的影响。一种能与激光诱导击穿光谱技术使用的激光器参数相匹配的气溶胶发生装置在实验过程中能发挥重要作用。
其中，液态气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，在实验室对人为生成的气溶胶进行研究是实现大气液态气溶胶的在线原位探测的重要前期工作。所检测气溶胶的流速、直径、粒径大小等参数对于信号的增强和稳定有着重要的作用。这些参数的调整是前期研究工作的重要内容。而一个满足以上需求的气溶胶发生器对于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶检测工作具有帮助作用，因此提出一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，用于在激光诱导击穿光谱对气溶胶的检测实验中生成液态气溶胶样品。便于在LIBS实验过程中对生成液态气溶胶的通过激光焦点的时间，气溶胶流的流速、直径等参数进行控制，获取符合实验条件的液态气溶胶样品。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，该装置包括由两个可拆开的部分组成：气溶胶加速及输出结构和气溶胶发生系统，所述气溶胶加速及输出结构与所述气溶胶发生系统之间通过凹凸结构稳定结合。
作为本发明一种优选的技术方案，所述气溶胶加速及输出结构包括进风口及风扇控制模块、风扇和气溶胶出口法兰。
作为本发明一种优选的技术方案，所述气溶胶发生系统包括超声波振荡片、压力传感器、控制电路模块、数据输入模块、连接模块、单向滤膜和溶液样品池。
作为本发明一种优选的技术方案，所述气溶胶出口法兰的内壁通过螺纹固定安装有不同孔径的喷嘴。
一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置使用方法，包括以下步骤：
S1：注入样品：将用于生成气溶胶的溶液置于气溶胶发生系统中的溶液样品池内。
S2：安装滤膜：安装设定过滤等级的单向滤膜。
S3：连接组合：将气溶胶发生和加速两部分通过凹槽组合起来，并将该装置放置于激光焦点附近，连接电源和时序控制器。
S4：调整并判断是否满足试验需求：设定时序数据、超声波振荡片频率、风扇转速分别用于调整气溶胶的发生时间、粒径大小、气溶胶流的速度；产生的气溶胶经过自然的压力上升到上部分中，当气溶胶进入气溶胶加速及输出结构中，从进风口引入外部空气，维持装置内的压强稳定，使得气溶胶与从外界吹入的空气混合通过对风扇转速的调节，实现空气和气溶胶的混合比例的改变；风扇使结构内部压力增大，加速气溶胶流。同时，风扇使气溶胶发生二次雾化，气溶胶颗粒的粒径再一次调整；打开激光器和气溶胶发生器进行气溶胶样品的采样和分析，同时对上一步的参数进行调整直至光谱信号强度和稳定度等达到实验需求
S5：正式试验：激光诱导击穿光谱对液态气溶胶的检测，有时需要采集一次样品信号再采集一次空气信号用于去除光谱信号的基底噪声。
S6：计算得出结果：通过电路控制，气溶胶产生频率可控，可在两次脉冲之间只生成一次气溶胶，实现一次样品信号伴随一次空气信号的采样模式。根据压力传感器的压强可以计算出已生成的气溶胶的量。再风扇的转速计算出的单位时间空气量，和单向滤膜的通过比例，即可以得到在一定条件下的空气和气溶胶的混合比例。
本发明的技术效果和优点：
1、用于激光诱导击穿光谱实验中检测的液态气溶胶的生成。发生器与时序控制器连接。气溶胶发生时间、激光脉冲时间与光谱仪采样时间三者之差可由时序控制器调节。通过电路控制，气溶胶产生频率可控。气溶胶的发生既可以与激光脉冲同步，也可以以两次脉冲之间只生成一次气溶胶。实现一次样品信号伴随一次空气信号的采样模式，用于去除光谱信号的基底噪声。
2、气溶胶的粒径由超声片振荡片的频率控制，再经过单向滤膜的筛选和风场的二次雾化，使得该装置发生的液态气溶胶粒径更加可控。气溶胶流的出射速率由风扇转速控制，可实现单次发射的气溶胶流通过激光焦点的时间与激光脉冲持续时间匹配。
3、气溶胶出口的法兰可以安装不同孔径的喷嘴，对气溶胶流的直径进行调节，使其与激光脉冲焦点光斑大小匹配，从而可防止等离子体辐射的光被逸出焦点范围的气溶胶吸收而造成信号受影响。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明气溶胶加速及输出结构示意图。
图3为本发明气溶胶发生系统示意图结构示意图。
图4为本发明装置使用技术方案示意图。
附图标记为：1、气溶胶加速及输出结构；2、气溶胶发生系统；3、气溶胶出口法兰；4、风扇；5、进风口及风扇控制模块；6、超声波振荡片；7、压力传感器；8、控制电路模块；9、数据输入模块；10、连接模块；11、单向滤膜；12、溶液样品池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1、附图2和附图3所示的一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，该装置包括由两个可拆开的部分组成：气溶胶加速及输出结构1和气溶胶发生系统2，气溶胶加速及输出结构1与气溶胶发生系统2之间通过凹凸结构稳定结合。
在一个优选地实施方式中，如附图1、附图2和附图3所示，气溶胶加速及输出结构1包括进风口及风扇控制模块5、风扇4和气溶胶出口法兰3，以便于通过对风扇4转速的调节，实现空气和气溶胶的混合比例的改变；进风口及风扇控制模块5用于引入外部空气，维持装置内的压强稳定；风扇4使结构内部压力增大，加速气溶胶流；同时，风扇4使气溶胶发生二次雾化，气溶胶颗粒的粒径再一次调整。
在一个优选地实施方式中，如附图1、附图2和附图3所示，气溶胶发生系统2包括超声波振荡片6、压力传感器7、控制电路模块8、数据输入模块9、连接模块10、单向滤膜11和溶液样品池12，以便于压力传感器7测的溶液压力可用于计算溶液的剩余量，从而得到已生成的气溶胶的量；控制电路模块8用于处理外部数据和压力传感器7的数据，并对超声波振荡片6的频率进行调整；超声波的频率改变即可实现气溶胶粒径的改变；数据输入模块9用于设定超声波频率；连接模块10连接时序控制器，用于获得产生气溶胶和激光脉冲之间的时间延迟数据；单向滤膜11使只有粒径小于滤膜阈值大小的气溶胶颗粒通过并进入气溶胶加速及输出结构1。
在一个优选地实施方式中，如附图1、附图2和附图3所示，气溶胶出口法兰3的内壁通过螺纹固定安装有不同孔径的喷嘴，以便于气溶胶出口处法兰3通过内壁螺纹，安装不同孔径的喷嘴。
如附图4所示的一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置使用方法，包括以下步骤：
S1：注入样品：将用于生成气溶胶的溶液置于气溶胶发生系统2中的溶液样品池12内。
S2：安装滤膜：安装设定过滤等级的单向滤膜11。
S3：连接组合：将气溶胶发生和加速两部分通过凹槽组合起来，并将该装置放置于激光焦点附近，连接电源和时序控制器。
S4：调整并判断是否满足试验需求：设定时序数据、超声波振荡片6频率、风扇4转速分别用于调整气溶胶的发生时间、粒径大小、气溶胶流的速度；产生的气溶胶经过自然的压力上升到上部分中，当气溶胶进入气溶胶加速及输出结构1中，从进风口引入外部空气，维持装置内的压强稳定，使得气溶胶与从外界吹入的空气混合通过对风扇4转速的调节，实现空气和气溶胶的混合比例的改变；风扇4使结构内部压力增大，加速气溶胶流。同时，风扇4使气溶胶发生二次雾化，气溶胶颗粒的粒径再一次调整；打开激光器和气溶胶发生器进行气溶胶样品的采样和分析，同时对上一步的参数进行调整直至光谱信号强度和稳定度等达到实验需求
S5：正式试验：激光诱导击穿光谱对液态气溶胶的检测，有时需要采集一次样品信号再采集一次空气信号用于去除光谱信号的基底噪声。
S6：计算得出结果：通过电路控制，气溶胶产生频率可控，可在两次脉冲之间只生成一次气溶胶，实现一次样品信号伴随一次空气信号的采样模式。根据压力传感器7的压强可以计算出已生成的气溶胶的量。再风扇4的转速计算出的单位时间空气量，和单向滤膜11的通过比例，即可以得到在一定条件下的空气和气溶胶的混合比例。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，其特征在于：该装置包括由两个可拆开的部分组成：气溶胶加速及输出结构(1)和气溶胶发生系统(2)，所述气溶胶加速及输出结构(1)与所述气溶胶发生系统(2)之间通过凹凸结构稳定结合。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，其特征在于：所述气溶胶加速及输出结构(1)包括进风口及风扇控制模块(5)、风扇(4)和气溶胶出口法兰(3)。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，其特征在于：所述气溶胶发生系统(2)包括超声波振荡片(6)、压力传感器(7)、控制电路模块(8)、数据输入模块(9)、连接模块(10)、单向滤膜(11)和溶液样品池(12)。
4.根据权利要求2所述的一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，其特征在于：所述气溶胶出口法兰(3)的内壁通过螺纹固定安装有不同孔径的喷嘴。
5.一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置使用方法，包括权利要求1-4所示的一种用于激光诱导击穿光谱的液态气溶胶发生装置，其特征在于：包括以下步骤：
S1：注入样品：将用于生成气溶胶的溶液置于气溶胶发生系统(2)中的溶液样品池(12)内。
S2：安装滤膜：安装设定过滤等级的单向滤膜(11)。
S3：连接组合：将气溶胶发生和加速两部分通过凹槽组合起来，并将该装置放置于激光焦点附近，连接电源和时序控制器。
S4：调整并判断是否满足试验需求：设定时序数据、超声波振荡片(6)频率、风扇(4)转速分别用于调整气溶胶的发生时间、粒径大小、气溶胶流的速度；产生的气溶胶经过自然的压力上升到上部分中，当气溶胶进入气溶胶加速及输出结构(1)中，从进风口引入外部空气，维持装置内的压强稳定，使得气溶胶与从外界吹入的空气混合通过对风扇(4)转速的调节，实现空气和气溶胶的混合比例的改变；风扇(4)使结构内部压力增大，加速气溶胶流。同时，风扇(4)使气溶胶发生二次雾化，气溶胶颗粒的粒径再一次调整；打开激光器和气溶胶发生器进行气溶胶样品的采样和分析，同时对上一步的参数进行调整直至光谱信号强度和稳定度等达到实验需求
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20221122 |