CN204255861U - 一种可灵活调节的激光诱导击穿光谱收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可以灵活调节的激光诱导击穿光谱收集装置，包括脉冲激光器、三维载物台、聚光透镜、显微物镜、光纤耦合器、精密平移台、升降底座、磁性底座、可伸缩连接杆和角度刻度盘，可伸缩连接杆可以绕三维载物台的支撑杆转动，显微物镜固定在精密平移台上并与光纤耦合器一起固定于升降底座上，可伸缩连接杆将三维载物台和升降底座两者连接起来，脉冲激光器和收光显微物镜均正对三维载物台的支撑杆所在轴心发射脉冲信号和收集光谱信号。本实用新型通过绕轴转动可伸缩连接杆来调节收集光谱信号的角度，通过伸缩连接杆来改变收集光谱信号距离，通过调节升降底座的高度来改变收集部件高度。该方法具有方便、简单、工作稳定的优点。

Description

一种可灵活调节的激光诱导击穿光谱收集装置

技术领域

本实用新型涉及光谱分析和测量技术领域，具体的说是一种实现激光诱导击穿光谱实验光路优化，提高测量的方便性、准确性的激光诱导击穿光谱收集装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一种全新的物质元素分析方法。LIBS技术具有无需复杂的样品预处理，非接触式无损检测，快速分析，多元素实时在线检测，LIBS不需要真空等特点，可用于导电的金属材料和不导电的非金属材料(如塑料、陶瓷)成分分析，在环境污染、考古、冶金、星球探测和医学等领域具有广泛的应用前景。

近年来，越来越多研究者加入到LIBS的研究中来，在提高LIBS的测量精度和降低检出限方面还有很大的发展空间。为了提高测量精度，大多数研究者将研究重点聚焦于激光器的波长和能量，光谱仪分辨率，光纤等光源和和光电检测硬件模块上。实际上，除这些因素外，检测的光路，探测等离子体光谱的角度，距离，位置的高低都会对测量的结果产生较大的影响。这是由于通过聚光透镜聚焦的脉冲激光作用于样品，激光聚焦的区域内的温度迅速上升，使样品瞬间气化成高温、高密度的高温等离子体，等离子体呈椭球状，其能量向周围发散。因此在不同的角度和位置收集到的等离子体光谱信号存在较大差异。而目前为了获得最佳的实验条件，在实验室里通常是通过手动调节，过程繁琐，难以形成系统的方法。这些都无法满足快速在线检测的要求。

因此，提供一种可以方便、快速、可靠的激光诱导击穿光谱收集装置，对收集角度，收集距离和高度进行灵活调节，以实现实验条件的优化，为后续实验提供良好条件非常迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服实验操作繁琐，调节过程中需要拆分器件的缺点，提供一种可以方便、快速、准确调整收集等离子体光谱的角度和位置的装置。

为实本实用新型的目的，提供以下技术方案：其包括脉冲激光光源、聚光透镜、三维载物台、显微物镜、光纤耦合器。还包括可伸缩连接杆、角度刻度盘、精密平移台、升降底座和磁性底座，所述的可伸缩连接杆与三维载物台的支撑杆连接，并且可以绕所述支撑杆所在轴心转动，相对于该中心轴，所述脉冲激光器位置固定，所述的显微物镜固定在精密平移台上并与光纤耦合器一起固定在升降底座上，且脉冲激光和显微物镜均正对该中心轴，所述可伸缩连接杆将支撑杆与升降底座连接起来。

该光谱收集装置工作时，脉冲激光器发出脉冲激光通过聚光透镜聚焦于中心轴线处样品上，激发的样品形成等离子体发射光谱，显微物镜正对中心轴线，通过调节升降底座使显微物镜正对等离子体发生处，通过转动可伸缩连接杆来调节收集光谱信号的角度，通过调节精密平移台来提高光谱信号耦合到光纤的效率。由于角度和位置可以灵活调节，不需要拆分装置各个部件，该装置具有方便、简单、工作稳定的优点。

所述的光谱收集装置还包括控制箱。通过控制箱来控制升降底座和精密平移台，实现收集部件的高度和耦合到光纤里的光谱信号的效率的方便可调，可避免人为操作带来的误差，并且方便、易操作。

所述的控制箱上有显示屏，可以显示升降底座和精密平移台移动的距离。

所述的角度刻度盘是固定在三维载物台的支撑杆上的，通过连接可伸缩连接杆的圆盘与角度刻度盘的错开角度来读数。

所述的可伸缩连接杆可以精细伸缩，并且在上面标明了刻度，每次调节完后要用固定螺丝固定。

所述的显微物镜是消色差的显微物镜，其放大倍率为10倍。

本实用新型装置的使用包括以下步骤：

1)固定激光器的位置，对三维载物台上的样品发射脉冲激光，产生激光诱导等离子体并发出光谱。

2)绕轴转动可伸缩连接杆，从而改变光谱收集角度，调节完毕后用固定螺丝固定好。

3)通过控制箱控制调节收集部件的高度以及显微物镜与光纤耦合器之间的距离。4)调节可伸缩连接杆的长度，调节完毕后用固定螺丝固定好。

5)根据不同的角度，高度和距离收集到的光谱信号，确定最佳收集角度，距离和高度。

6)通过光谱分析仪观察样品被激发形成的等离子体的光谱信号，进行相关的检测实验。

下面说明本实用新型的优点：

本实用新型激光诱导击穿光谱收集装置，由于测量角度可通过转动可伸缩连接杆调节，探测距离可以通过调节可伸缩连接杆长度来实现，探测高度可以用控制箱来调节，该装置具有方便、简单、工作稳定的优点。

本实用新型装置的各个部件可以灵活可调，无需拆卸各个部件，具有方便、简单、工作稳定的优点。其测量角度和距离可以在较大范围内调节。

附图说明

图1为激光诱导击穿光谱收集装置示意图；

图2是角度刻度盘的俯视图；

图3是可伸缩连接杆的结构示意图；

图4是收集部件的前视图；

图5是升降底座和磁性底座的示意图。

附图标记说明：1.脉冲激光器；2.脉冲激光；3.聚光透镜；4.三维载物台；5.固定螺丝；6.角度刻度盘；7.显微物镜；8.光纤耦合器；9.精密平移台；10.可伸缩连接杆；11.升降底座；12.磁性底座；13.光纤；14.控制盒；15.计算机；16.控制箱。

具体实施方式

现参照附图1讲解本发明的一个实施例

一种可以灵活调节的激光诱导击穿光谱收集装置，包括脉冲激光器1、聚光透镜3、三维载物台4、显微物镜7、光纤耦合器8；其特征在于，还包括可伸缩连接杆10、角度刻度盘6、精密平移台9、升降底座11和磁性底座12，所述的可伸缩连接杆10与三维载物台4的支撑杆连接，并且可以绕所述支撑杆所在轴心转动，相对于该中心轴，所述脉冲激光器1位置固定，所述的显微物镜7固定在精密平移台上并与光纤耦合器8一起固定在升降底座上，且脉冲激光2和显微物镜7均正对该中心轴，所述可伸缩连接杆10将支撑杆与升降底座11连接起来。

该光谱收集装置工作时，脉冲激光器1发出脉冲激光2通过聚光透镜3聚焦于中心轴线处样品上，激发的样品形成等离子体发射光谱，显微物镜7正对中心轴线，通过调节升降底座11使显微物镜7正对等离子体发生出，通过转动可伸缩连接杆10来调节收集光谱信号的角度，通过调节精密平移台9来提高光谱信号耦合到光纤的效率。

所述的光谱收集装置还包括控制箱16。通过控制箱16来控制升降底座11和精密平移台9，实现收集部件的高度和耦合到光纤13里的光谱信号的效率的方便可调，可避免人为操作带来的误差，并且方便、易操作。

还包括控制箱16上的显示屏，可以显示升降底座11和精密平移台9移动的距离。

还包括角度刻度盘6是固定在三维载物台4支撑杆上的，通过连接可伸缩连接杆10的圆盘与角度刻度盘6的错开来读数。

本实例的光谱收集装置工作流程如下：

将样品固定在三维载物台4上，调整三维载物台4，使样品表面与三维移动台支撑杆所在轴心线在一个平面内。

调整脉冲激光器1的位置，使脉冲激光2正好沿角度刻度盘的180度刻度线，然后调节聚光透镜3与样品之间的距离，使激光束正好聚焦于样品表面，激发产生等离子体。

调整显微物镜7使其正对上述轴心线，使激发产生的等离子光谱高效耦合到光纤13中。绕上述支撑杆转动可伸缩连接杆10来调整收集角度，开启脉冲激光器1和光谱分析仪14，观察相应的光谱信号，选取光谱信号较强且稳定性较好的角度进行测定，调节完毕用固定螺丝5固定，记下刻度盘的示数。

调节可伸缩连接杆10长度来改变收集光谱信号的距离，观察相应的光谱信号，选取光谱信号较强且稳定性较好的距离进行测定，调节完毕后用固定螺丝5固定牢，记下长度值。

通过控制箱16调节升降底座11高度和精密平移台9移动来改变光谱收集器件的高度以及光纤13耦合的效率。通过光谱分析仪14观察相应光谱信号，选取光谱信号较强且稳定性较好的位置进行测定，调节完毕后用固定螺丝5固定牢，记下相应数值。

根据上述确定的最佳实验条件展开后续的相关测量实验。

整理实验器材，关闭脉冲激光器1，光谱分析仪14和计算机15，关掉所有器件电源，收拾样品和相应的器件。

上面讲解了本实用新型的实施例。本实用新型是根据本实验室科研课题而设计的激光诱导击穿光谱收集装置和方法，应该指出的是，在该构思的前提下，还可以做出相应的改进和变型。任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可以灵活调节的激光诱导击穿光谱收集装置，包括脉冲激光器、聚光透镜、三维载物台、显微物镜、光纤耦合器；其特征在于，还包括可伸缩连接杆、角度刻度盘、精密平移台、升降底座和磁性底座，所述的可伸缩连接杆与三维移动平台的支撑杆连接，并且可以绕所述支撑杆所在轴心转动，相对于该支撑杆所在轴心，所述脉冲激光器位置固定，所述的显微物镜固定在精密平移台上并与光纤耦合器一起固定在升降底座上，且脉冲激光和显微物镜均正对支撑杆所在轴心，所述可伸缩连接杆将支撑杆与升降底座连接起来。

2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱收集装置，其特征在于，转动角度是通过连接可伸缩连接杆的圆盘与固定好的角度刻度盘相互错开的角度来显示的，并且调节完毕后通过固定螺丝固定。

3.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱收集装置，其特征在于，所述可伸缩连接杆，可以精细伸长和缩短，并且标明刻度，调节完后用固定螺丝固定。

4.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱收集装置，其特征在于，所述精密平移台是通过电动控制调节的。

5.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱收集装置，其特征在于，所述升降底座是通过电动控制调节的。

6.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱收集装置，其特征在于，精密平移台和升降底座调节的距离可以通过控制箱上的显示屏直接显示。

7.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱收集装置，其特征在于，采用磁性底座，使光谱收集部件牢固固定在光学平台上。