CN207675651U - 基于libs技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于LIBS技术（Laser‑induced breakdown spectroscopy激光诱导等离子体光谱）的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置。本实用新型采用的技术方案是，基于LIBS技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置，包括分析模块、收集模块、电源模块和计算机，本实用新型把分析模块、收集模块和电源模块集成到手提箱里，手提箱长仅502mm，宽仅138mm，高仅450mm，可在船上实现对水下沉积物、岩石的快速、实时探测，内置红外线定位灯可协助手动对焦，利用升降台准确找到焦点在样品表面的位置，得到最佳的光谱信号。同时引入电动旋转台调节样品旋转角度以实现对样品表面不同位置成分的检测。

Description

基于LIBS技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置

技术领域

本实用新型涉及海洋技术和光学仪器技术领域，具体地说是基于LIBS技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置。

背景技术

随着海洋技术的不断发展，海洋环境的检测与海洋资源的探测越来越受到关注。对水下沉积物、岩石成分检测与分析可实现对海洋环境的检测与海洋资源的探测，传统的技术手段往往程序过于复杂，通常需要事先进行将样品带回实验室、样品预处理等步骤，需花费较长的时间进行实验，从而难以实现快速测量的要求。近年来发展了一些基于LIBS技术的水下原位传感器，但LIBS信号受水体影响较大，导致收集的光谱弱、谱线加宽及信噪比低，且研发水下原位传感器成本高、技术难度大，需考虑传感器密封、耐压等因素，面临着很大挑战。

实用新型内容

本实用新型针对水下沉积物、岩石金属元素探测，提供一种成本低、体积小、安全性高的LIBS光谱探测装置，该装置可在船的甲板上实现快速探测。

本实用新型——基于LIBS技术的便携式水下沉积物成分检测装置，包括分析模块、收集模块、电源模块和计算机；

所述分析模块包括激光器(2)、凹透镜(3)、凸透镜(4)、激光反射镜(5)、二向色镜(6)、双胶合透镜(7)、样品槽(8)、电动旋转台(9)，升降台(10)、红外线定位灯(15)，所述激光器激光头正对凹透镜(3)；所述凹透镜(3)、凸透镜(4)和激光反射镜(5)在水平方向依次同轴设置；所述激光反射镜(5)、二向色镜(6)和双胶合透镜(7)在竖直方向依次同轴设置；所述激光反射镜(5)与凸透镜(4)呈45°夹角；所述二向色镜(6)与凸透镜 (4)呈45°夹角；所述双胶合透镜(7)与凸透镜(4)呈90°夹角；所述红外线定位灯(15)与双胶合透镜(7)呈45°夹角；所述样品槽(8)置于电动旋转台(9)上；所述电动旋转台(9)置于升降台(10)上；

所述收集模块包括收集透镜(11)、光纤探头(12)、光纤(13)、光谱仪(14)，光纤探头位于收集透镜(11)的焦点处；所述光纤探头(12)通过光纤(13)连接光谱仪(14)；

所述电源模块包括激光器电源(16)和电源盒(17)；所述激光器电源(16) 通过一号线缆(18)与激光器(2)连接，通过二号线缆(19)与光谱仪(14)连接；所述激光器电源(16)控制激光器(2)的工作模式并触发光谱仪(14)工作；所述电源盒(17)通过三号线缆(20)与激光器电源(16)连接，通过四号线缆(21)与电动转台(9)连接；

所述光谱仪(14)和电动转台(9)分别与计算机连接；

所述分析模块、收集模块和电源模块集成在502mm×138mm×450mm的手提箱(1)内。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型把分析模块与收集模块集成到手提箱里，手提箱长仅502mm，宽仅138mm，高仅450mm，可在船上实现对水下沉积物与岩石的快速探测。

2、本实用新型分析模块中配有红外线定位灯，红外线定位灯侧向发射的红外线经过双胶合透镜的焦点，红外线在样品表面形成的点与激光诱导等离子体重合时的位置即为焦点位置，升降台使透镜与样品间的距离可调，能够找到透镜焦点在样品表面的位置，得到最佳的光谱信号。

3、本实用新型分析模块中配有电动旋转台可改变激光聚焦到样品表面的位置，能够使激光击穿样品表面不同位置，实现对样品表面不同位置成分的检测。

下面附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图一为本实用新型水下沉积物检测装置结构示意图。

图中：1为手提箱，2为激光器，3为凹透镜，4为凸透镜，5为激光反射镜， 6为二向色镜，7为双胶合透镜，8为样品槽，9为电动旋转台，10为升降台，11为收集透镜，12为光纤探头，13为光纤，14为光谱仪，15为红外线定位灯，16为激光器电源，17为电源盒，18为一号线缆，19为二号线缆，20为三号线缆，21为四号线缆

具体实施方式

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，激光器(2)发射出1064nm的脉冲激光，脉冲激光经过由凹透镜(3)和凸透镜(4)组成的激光扩束系统，激光被凹透镜(3)发散，到达凸透镜(4)，凸透镜(4)能够有效地调节激光光束的发散角，使得具有一定发散角的激光光束近似变为平行光束以提高光束的准直效果，然后经过激光反射镜 (5)反射到二向色镜(6)，之后激光透过二向色镜(6)后使激光光束通过双胶合透镜(7)会聚于透镜焦点处。为了保证激光焦点恰好聚焦于样品表面，红外线定位灯(15)侧向发射的红外线经过双胶合透镜(7)的焦点，红外线在样品表面形成的点与激光诱导等离子体重合时的位置即为焦点位置，调节升降台 (10)能够找到透镜焦点在样品表面的位置。在样品槽(8)的样品上形成一个功率密度较高的光斑，聚焦激光与样品相互作用，并激发待测样品产生等离子体，等离子体信号产生后将于样品表面呈空间扩散。信号光先经过双胶合透镜(7) 近似变为平行光，然后经过二向色镜(6)反射到收集透镜(11)，使得信号光在焦点处聚焦，焦点处放置光纤探头(12)，信号经过探头的耦合并经由光纤(13) 传送进入光谱仪(14)。为了方便对样品表面不同位置成为进行检测，引入电动旋转台(9)并通过控制电动旋转台(9)调节样品的旋转角度以改变激光聚焦到样品表面的位置。由上面的工作方式可以看出，本实用新型便携式水下沉积物成分检测装置器件紧凑，实现了小型化，因此可在船的甲板上实现在线快速探测，操作简单，不要对样品进行预处理，同时本实用新型测试速度快，几十秒就可以完成样品元素的定性分析。

Claims (3)

1.基于LIBS技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置，其特征在于：包括分析模块、收集模块、电源模块和计算机；

所述分析模块包括激光器(2)、凹透镜(3)、凸透镜(4)、激光反射镜(5)、二向色镜(6)、双胶合透镜(7)、样品槽(8)、电动旋转台(9)、升降台(10)、红外线定位灯(15)，所述激光器激光头正对凹透镜(3)；所述凹透镜(3)、凸透镜(4)和激光反射镜(5)在水平方向依次同轴设置；所述激光反射镜(5)、二向色镜(6)和双胶合透镜(7)在竖直方向依次同轴设置；所述激光反射镜(5)与凸透镜(4)呈45°夹角；所述二向色镜(6)与凸透镜(4)呈45°夹角；所述双胶合透镜(7)与凸透镜(4)呈90°夹角；所述红外线定位灯(15)与双胶合透镜(7)呈45°夹角；所述样品槽(8)置于电动旋转台(9)上；所述电动旋转台(9)置于升降台(10)上；

所述收集模块包括收集透镜(11)、光纤探头(12)、光纤(13)、光谱仪(14)；光纤探头位于收集透镜(11)的焦点处；所述光纤探头(12)通过光纤(13)连接光谱仪(14)；

所述电源模块包括激光器电源(16)和电源盒(17)；所述激光器电源(16)通过一号线缆(18)与激光器(2)连接，通过二号线缆(19)与光谱仪(14)连接；所述激光器电源(16)控制激光器(2)的工作模式并触发光谱仪(14)工作；所述电源盒(17)通过三号线缆(20)与激光器电源(16)连接，通过四号线缆(21)与电动旋转台(9)连接；

所述分析模块、收集模块和电源模块集成在手提箱(1)内，手提箱长仅502mm，宽仅138mm，高仅450mm。

2.根据权利要求1所述的基于LIBS技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置，其特征在于：所述红外线定位灯(15)侧向发射的红外线经过双胶合透镜(7)的焦点，红外线在样品表面形成的点与激光诱导等离子体重合时的位置即为焦点位置，可通过控制升降台(10)找到焦点在样品表面的位置。

3.根据权利要求1所述的基于LIBS技术的便携式水下沉积物、岩石成分检测装置，其特征在于：所述样品槽(8)置于电动旋转台(9)上并通过控制电动旋转台(9)调节样品的旋转角度以改变激光聚焦到样品表面的位置。