CN211318202U - 手持式libs成分分析仪的防抖机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种手持式LIBS成分分析仪的防抖机构；该防抖机构含有分析仪的机壳和控制电路，机壳内设置有激光器的激光头﹑活动平台﹑滑轨﹑上下微调装置﹑左右微调装置﹑前后微调装置和三个激光位移传感器，滑轨固定安装在机壳的内下壁上，活动平台通过其底部在滑轨上前后移动，激光头固定安装在活动平台的上表面，上下和左右微调装置的两端通过万向接头分别与机壳内壁和激光头侧面固定连接，前后微调装置的两端分别与机壳内壁和活动平台底部连接，激光位移传感器位于激光头发射口的四周；本实用新型克服了手持式LIBS成分分析仪工作过程中因操作者手抖引起的检测条件变化的缺陷，减小了成分分析仪的误差，使成分分析仪的性能更好。

Description

手持式LIBS成分分析仪的防抖机构

（一）、技术领域：

本实用新型涉及一种手持式LIBS成分分析仪，特别涉及一种手持式LIBS成分分析仪的防抖机构。

（二）、背景技术：

激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS）技术是一种原子发射光谱技术，其利用高强度脉冲激光烧蚀样品激发出等离子体，通过使用光谱仪解析采集到的等离子体光信号，得到样品中所含元素种类及含量。LIBS技术在冶金、环境监测、深海探测、文物鉴定、太空探索和能源开发等诸多领域都有很大的应用潜力。

LIBS技术对样品的处理非常方便，可直接检测固体样品。LIBS作为一种新的材料识别及定量分析技术，既可以用于实验室，也可以应用于工业现场的在线检测，而不需要将样品取样到实验室进行长时间的制备和分析，使分析技术从实验室领域极大地拓展到户外、现场、甚至生产工艺过程中。而手持式LIBS成分分析仪就能非常好的实现这一优点。

但手持式LIBS成分分析仪采用手持操作，由于人的呼吸和心跳等生理因素会带动手不由自主地产生轻微的抖动，这种抖动会引起透镜与样品之间的距离以及光束与样品表面角度分析条件的变化，加之样品表面的复杂情况，很难保证同一样品多次检测分析条件的一致性，这就会导致分析误差偏大，从而限制了LIBS在线检测的应用及其检测能力的充分展现。

（三）、实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，该手持式LIBS成分分析仪的防抖机构克服了手持式LIBS成分分析仪工作过程中因操作者手抖引起的检测条件变化的缺陷，减小了成分分析仪的误差，使成分分析仪的性能更好。

本实用新型的技术方案：

一种手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，含有手持式LIBS成分分析仪的机壳和控制电路，机壳内设置有激光器的激光头，LIBS成分分析用的激光从激光头前端的发射口中发射出来，机壳内还设置有活动平台﹑滑轨﹑上下微调装置﹑左右微调装置﹑前后微调装置和三个相同的激光位移传感器，水平设置的滑轨固定安装在机壳的内下壁上，活动平台的底部与滑轨滑动连接，活动平台通过其底部在滑轨上前后移动，激光头固定安装在活动平台的上表面，上下微调装置的两端通过万向接头分别与机壳的内上壁和激光头的上侧面固定连接，左右微调装置的两端通过万向接头分别与机壳的内左壁和激光头的左侧面固定连接或左右微调装置的两端通过万向接头分别与机壳的内右壁和激光头的右侧面固定连接，前后微调装置的两端分别与机壳的内前壁和活动平台底部的前侧面固定连接或前后微调装置的两端分别与机壳的内后壁和活动平台底部的后侧面固定连接，激光头与上下微调装置﹑左右微调装置的连接处位于活动平台的前部或后部，三个激光位移传感器通过支架固定安装在激光头的前方，支架与活动平台的上表面固定连接，三个激光位移传感器位于激光头发射口的四周且围绕激光头发射口的中心轴线均匀分布，三个激光位移传感器的发射口均朝前设置；上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置均为结构相同的微调装置，每个微调装置中含有筒形外壳，筒形外壳的一端封闭，另一端的端面中部设有一个通孔，在筒形外壳内且从筒形外壳的封闭端开始依次安装有具有逆压电效应的压电陶瓷块﹑挡块和压缩弹簧，筒形外壳的封闭端向外伸出有第一连接杆，挡块与压缩弹簧接触的面上伸出有第二连接杆，第二连接杆依次从压缩弹簧﹑筒形外壳端面上的通孔中穿出，第一连接杆和第二连接杆的端部即为微调装置的两端；三个激光位移传感器与控制电路的输入口连接，上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置中的压电陶瓷块与控制电路的输出口连接。

三个激光位移传感器通过测量自身与样品表面的距离来检测激光头的发射口到样品的距离以及所发射的激光相对样品表面的角度，三个激光位移传感器检测到的信号输入到控制电路中，控制电路根据收到的信号判断激光头的上下﹑左右和前后姿态，如果发现激光头的姿态不合适，则发出位置调节信号，该位置调节信号控制上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置中的压电陶瓷块的厚度发生变化，从而微调激光头的上下﹑左右和前后姿态，补偿因手抖引起的激光头姿态不正确所产生的偏移量。

当压电陶瓷块的厚度增加时，可推动挡块向压缩弹簧处移动，从而使微调装置的整个长度增加；当压电陶瓷块的厚度减小时，压缩弹簧推动挡块向压电陶瓷块处移动，从而使微调装置的整个长度减小；三个微调装置通过其长度的变化来调整激光头的姿态，以保证激光头所发射的激光光束垂直于样品表面且发射口与样品表面保持固定距离。

活动平台含有底座﹑竖直转动轴和平台支撑板，底座的底面上设有与滑轨匹配的滑槽，底座通过滑槽与滑轨滑动连接，底座的上表面上设有一个圆孔，竖直转动轴的下端通过轴承安装在圆孔中，竖直转动轴的上端与平台支撑板的下表面中部通过铰接轴铰接，铰接轴沿左右方向水平设置，平台支撑板绕铰接轴上下转动；前后微调装置的两端分别与机壳的内前壁和活动平台底座的前侧面固定连接或前后微调装置的两端分别与机壳的内后壁和活动平台底座的后侧面固定连接；激光头和支架固定安装在平台支撑板的上表面上，激光头与上下微调装置﹑左右微调装置的连接处位于活动平台的前部。

滑槽为燕尾槽，滑轨是与滑槽匹配的燕尾形滑轨。

支架含有固定在激光头前方的圆环，圆环的中心轴线与激光头发射口的中心轴线重合，圆环的下部通过支撑杆与平台支撑板的上表面固定连接，圆环的周边向外均匀伸出三个相同的安装杆，三个激光位移传感器分别安装在三个安装杆上，三个激光位移传感器的中心位于同一个垂直于激光头发射口中心轴线的平面上。

三个激光位移传感器发射口的中心轴线相交于激光头发射口的中心轴线上的一点，三个激光位移传感器发射口的中心轴线与激光头发射口的中心轴线的夹角均为α，α﹤25°。

三个激光位移传感器通过三个紧固螺栓分别安装在三个安装杆的侧面上，通过紧固螺栓来调整夹角α的大小。

激光头为柱形，激光头通过其上的紧固箍横向固定安装在平台支撑板的上表面上，紧固箍位于平台支撑板的前部，上下微调装置通过紧固箍与激光头的上侧面固定连接，左右微调装置也通过紧固箍与激光头的左侧面或右侧面固定连接。

控制电路中含有计算机﹑三个压电控制器﹑压电控制USB集线器及电源，三个激光位移传感器的信号输出口分别与计算机的三个信号输入口连接，计算机的位置调节信号输出口与压电控制USB集线器及电源的输入口连接，压电控制USB集线器及电源的三个输出口通过三个压电控制器分别与上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置中的压电陶瓷块连接。

激光器还含有控制模块，控制模块设置在机壳的外面，控制模块通过电缆与激光头连接，激光器的型号为：长春新产业的DPS-1064-mini型纳秒脉冲激光器；激光位移传感器的型号为：松下HL-G108-S-J；压电陶瓷块的型号为：Throlabs的PC4QR型；压电控制器的型号为：Throlabs的KPZ101型；压电控制USB集线器及电源的型号为：Throlabs的KCH301型；万向接头为球形万向接头。

本实用新型的有益效果：

1﹑本实用新型采用三个激光位移传感器检测激光头的发射口到样品表面的距离以及相对样品表面的角度，然后通过检测到的信息控制上下微调装置﹑左右微调装置﹑前后微调装置的动作，及时调整激光头姿态，使激光头的发射口始终保持到样品的固定距离，且发射出的激光垂直于样品表面；本实用新型克服了手持式LIBS成分分析仪工作过程中因操作者手抖引起的检测条件变化的缺陷，减小了成分分析仪的误差，使成分分析仪的性能更好。

2﹑本实用新型的微调装置中采用了具有逆压电效应的压电陶瓷块，当压电陶瓷块上的电压发生变化时，其厚度会发生微小变化，从而使微调装置的长度发生微小变化，达到微调激光头姿态的目的，压电陶瓷块使得微调装置的调整精度高﹑调整速度块，非常适用于调整由于手抖引起的激光头姿态变化。

（四）、附图说明：

图1为手持式LIBS成分分析仪的防抖机构的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视结构示意图；

图3为图1中的B向结构示意图；

图4为控制电路的原理示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图4，图中，手持式LIBS成分分析仪的防抖机构含有手持式LIBS成分分析仪的机壳1和控制电路，机壳1内设置有激光器的激光头2，LIBS成分分析用的激光从激光头2前端的发射口3中发射出来，机壳1内还设置有活动平台﹑滑轨4﹑上下微调装置5﹑左右微调装置6﹑前后微调装置7和三个相同的激光位移传感器8，水平设置的滑轨4固定安装在机壳1的内下壁上，活动平台的底部与滑轨4滑动连接，活动平台通过其底部在滑轨4上前后移动，激光头2固定安装在活动平台的上表面，上下微调装置5的两端通过万向接头9分别与机壳1的内上壁和激光头2的上侧面固定连接，左右微调装置6的两端通过万向接头9分别与机壳1的内左壁和激光头2的左侧面固定连接，前后微调装置7的两端分别与机壳1的内后壁和活动平台底部的后侧面固定连接，激光头2与上下微调装置5﹑左右微调装置6的连接处位于活动平台的前部，三个激光位移传感器8通过支架10固定安装在激光头2的前方，支架10与活动平台的上表面固定连接，三个激光位移传感器8位于激光头2发射口3的四周且围绕激光头2发射口3的中心轴线均匀分布，三个激光位移传感器8的发射口33均朝前设置；上下微调装置5﹑左右微调装置6和前后微调装置7均为结构相同的微调装置，每个微调装置中含有筒形外壳11，筒形外壳11的一端封闭，另一端的端面中部设有一个通孔12，在筒形外壳11内且从筒形外壳11的封闭端开始依次安装有具有逆压电效应的压电陶瓷块13﹑挡块14和压缩弹簧15，筒形外壳11的封闭端向外伸出有第一连接杆16，挡块14与压缩弹簧15接触的面上伸出有第二连接杆17，第二连接杆17依次从压缩弹簧15﹑筒形外壳11端面上的通孔12中穿出，第一连接杆16和第二连接杆17的端部即为微调装置的两端；三个激光位移传感器8与控制电路的输入口连接，上下微调装置5﹑左右微调装置6和前后微调装置7中的压电陶瓷块13与控制电路的输出口连接。

三个激光位移传感器8通过测量自身与样品表面的距离来检测激光头2的发射口3到样品的距离以及所发射的激光相对样品表面的角度，三个激光位移传感器8检测到的信号输入到控制电路中，控制电路根据收到的信号判断激光头2的上下﹑左右和前后姿态，如果发现激光头2的姿态不合适，则发出位置调节信号，该位置调节信号控制上下微调装置5﹑左右微调装置6和前后微调装置7中的压电陶瓷块13的厚度发生变化，从而微调激光头2的上下﹑左右和前后姿态，补偿因手抖引起的激光头2姿态不正确所产生的偏移量。

当压电陶瓷块13的厚度增加时，可推动挡块14向压缩弹簧15处移动，从而使微调装置的整个长度增加；当压电陶瓷块13的厚度减小时，压缩弹簧15推动挡块14向压电陶瓷块13处移动，从而使微调装置的整个长度减小；三个微调装置通过其长度的变化来调整激光头2的姿态，以保证激光头2所发射的激光光束垂直于样品表面且发射口3与样品表面保持固定距离。

活动平台含有底座21﹑竖直转动轴22和平台支撑板23，底座21的底面上设有与滑轨4匹配的滑槽25，底座21通过滑槽25与滑轨4滑动连接，底座21的上表面上设有一个圆孔26，竖直转动轴22的下端通过轴承27安装在圆孔26中，竖直转动轴22的上端与平台支撑板23的下表面中部通过铰接轴28铰接，铰接轴28沿左右方向水平设置，平台支撑板23绕铰接轴28上下转动；前后微调装置7的两端分别与机壳1的内后壁和活动平台底座21的后侧面固定连接；激光头2和支架10固定安装在平台支撑板23的上表面上，激光头2与上下微调装置5﹑左右微调装置6的连接处位于活动平台的前部。

滑槽25为燕尾槽，滑轨4是与滑槽25匹配的燕尾形滑轨。

支架10含有固定在激光头2前方的圆环29，圆环29的中心轴线与激光头2发射口3的中心轴线重合，圆环29的下部通过支撑杆30与平台支撑板23的上表面固定连接，圆环29的周边向外均匀伸出三个相同的安装杆31，三个激光位移传感器8分别安装在三个安装杆31上，三个激光位移传感器8的中心位于同一个垂直于激光头2发射口3中心轴线的平面上。

三个激光位移传感器8发射口33的中心轴线相交于激光头2发射口3的中心轴线上的一点，三个激光位移传感器8发射口33的中心轴线与激光头2发射口3的中心轴线的夹角均为α，α=20.5°。

三个激光位移传感器8通过三个紧固螺栓34分别安装在三个安装杆31的侧面上，通过紧固螺栓34来调整夹角α的大小。

激光头2为柱形，激光头2通过其上的紧固箍32横向固定安装在平台支撑板23的上表面上，紧固箍32位于平台支撑板23的前部，上下微调装置5通过紧固箍32与激光头2的上侧面固定连接，左右微调装置6也通过紧固箍32与激光头2的左侧面固定连接。

控制电路中含有计算机﹑三个压电控制器﹑压电控制USB集线器及电源，三个激光位移传感器8的信号输出口分别与计算机的三个信号输入口连接，计算机的位置调节信号输出口与压电控制USB集线器及电源的输入口（USB口）连接，压电控制USB集线器及电源的三个输出口（USB口）通过三个压电控制器分别与上下微调装置5﹑左右微调装置6和前后微调装置7中的压电陶瓷块13连接。

激光器还含有控制模块，控制模块设置在机壳1的外面，控制模块通过电缆与激光头2连接，激光器的型号为：长春新产业的DPS-1064-mini型纳秒脉冲激光器；激光位移传感器8的型号为：松下HL-G108-S-J；压电陶瓷块13的型号为：Throlabs的PC4QR型；压电控制器的型号为：Throlabs的KPZ101型；压电控制USB集线器及电源的型号为：Throlabs的KCH301型；万向接头9为球形万向接头。

Claims (9)

1.一种手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，含有手持式LIBS成分分析仪的机壳和控制电路，机壳内设置有激光器的激光头，LIBS成分分析用的激光从激光头前端的发射口中发射出来，其特征是：机壳内还设置有活动平台﹑滑轨﹑上下微调装置﹑左右微调装置﹑前后微调装置和三个相同的激光位移传感器，水平设置的滑轨固定安装在机壳的内下壁上，活动平台的底部与滑轨滑动连接，活动平台通过其底部在滑轨上前后移动，激光头固定安装在活动平台的上表面，上下微调装置的两端通过万向接头分别与机壳的内上壁和激光头的上侧面固定连接，左右微调装置的两端通过万向接头分别与机壳的内左壁和激光头的左侧面固定连接或左右微调装置的两端通过万向接头分别与机壳的内右壁和激光头的右侧面固定连接，前后微调装置的两端分别与机壳的内前壁和活动平台底部的前侧面固定连接或前后微调装置的两端分别与机壳的内后壁和活动平台底部的后侧面固定连接，激光头与上下微调装置﹑左右微调装置的连接处位于活动平台的前部或后部，三个激光位移传感器通过支架固定安装在激光头的前方，支架与活动平台的上表面固定连接，三个激光位移传感器位于激光头发射口的四周且围绕激光头发射口的中心轴线均匀分布，三个激光位移传感器的发射口均朝前设置；上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置均为结构相同的微调装置，每个微调装置中含有筒形外壳，筒形外壳的一端封闭，另一端的端面中部设有一个通孔，在筒形外壳内且从筒形外壳的封闭端开始依次安装有具有逆压电效应的压电陶瓷块﹑挡块和压缩弹簧，筒形外壳的封闭端向外伸出有第一连接杆，挡块与压缩弹簧接触的面上伸出有第二连接杆，第二连接杆依次从压缩弹簧﹑筒形外壳端面上的通孔中穿出，第一连接杆和第二连接杆的端部即为微调装置的两端；三个激光位移传感器与控制电路的输入口连接，上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置中的压电陶瓷块与控制电路的输出口连接。

2.根据权利要求1所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述活动平台含有底座﹑竖直转动轴和平台支撑板，底座的底面上设有与滑轨匹配的滑槽，底座通过滑槽与滑轨滑动连接，底座的上表面上设有一个圆孔，竖直转动轴的下端通过轴承安装在圆孔中，竖直转动轴的上端与平台支撑板的下表面中部通过铰接轴铰接，铰接轴沿左右方向水平设置，平台支撑板绕铰接轴上下转动；前后微调装置的两端分别与机壳的内前壁和活动平台底座的前侧面固定连接或前后微调装置的两端分别与机壳的内后壁和活动平台底座的后侧面固定连接；激光头和支架固定安装在平台支撑板的上表面上，激光头与上下微调装置﹑左右微调装置的连接处位于活动平台的前部。

3.根据权利要求2所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述滑槽为燕尾槽，滑轨是与滑槽匹配的燕尾形滑轨。

4.根据权利要求2所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述支架含有固定在激光头前方的圆环，圆环的中心轴线与激光头发射口的中心轴线重合，圆环的下部通过支撑杆与平台支撑板的上表面固定连接，圆环的周边向外均匀伸出三个相同的安装杆，三个激光位移传感器分别安装在三个安装杆上，三个激光位移传感器的中心位于同一个垂直于激光头发射口中心轴线的平面上。

5.根据权利要求4所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述三个激光位移传感器发射口的中心轴线相交于激光头发射口的中心轴线上的一点，三个激光位移传感器发射口的中心轴线与激光头发射口的中心轴线的夹角均为α，α﹤25°。

6.根据权利要求5所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述三个激光位移传感器通过三个紧固螺栓分别安装在三个安装杆的侧面上，通过紧固螺栓来调整夹角α的大小。

7.根据权利要求2所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述激光头为柱形，激光头通过其上的紧固箍横向固定安装在平台支撑板的上表面上，紧固箍位于平台支撑板的前部，上下微调装置通过紧固箍与激光头的上侧面固定连接，左右微调装置也通过紧固箍与激光头的左侧面或右侧面固定连接。

8.根据权利要求1所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述控制电路中含有计算机﹑三个压电控制器﹑压电控制USB集线器及电源，三个激光位移传感器的信号输出口分别与计算机的三个信号输入口连接，计算机的位置调节信号输出口与压电控制USB集线器及电源的输入口连接，压电控制USB集线器及电源的三个输出口通过三个压电控制器分别与上下微调装置﹑左右微调装置和前后微调装置中的压电陶瓷块连接。

9.根据权利要求8所述的手持式LIBS成分分析仪的防抖机构，其特征是：所述激光器的型号为：DPS-1064-mini；激光位移传感器的型号为：松下HL-G108-S-J；压电陶瓷块的型号为：Throlabs的PC4QR型；压电控制器的型号为：Throlabs的KPZ101型；压电控制USB集线器及电源的型号为：Throlabs的KCH301型；万向接头为球形万向接头。

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