CN220271157U - 便携式元素快速检测装置及元素检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及元素检测技术领域，提供一种便携式元素快速检测装置及元素检测仪，包括光源组件、检测组件和控制部件，光源组件适于产生聚焦光路，以使待测样品产生等离子体反射光；检测组件用于收集等离子体反射光，检测组件包括用于采集可见光波段的第一光谱仪、用于采集紫外波段的第二光谱仪和用于采集红外波段的第三光谱仪；第一光谱仪、第二光谱仪和第三光谱仪的采集光路分别与聚焦光路的虚拟轴线旁轴设置；控制部件基于第一光谱仪、第二光谱仪和第三光谱仪检测到的光谱数据确定待测样品的元素信息。本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置可以扩大检测范围，可应用于复杂的工作环境。

Description

便携式元素快速检测装置及元素检测仪

技术领域

本实用新型涉及元素检测技术领域，尤其涉及一种便携式元素快速检测装置及元素检测仪。

背景技术

激光诱导击穿光谱法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是利用激光器发射一束高能激光脉冲通过聚焦光路打在样品靶表面，在样品表面产生激光等离子体，通过采集光路采集光学信号，经过光谱仪分光，探测器记录光谱，通过光谱分析对样品中所含元素成分进行定性或定量研究的原子发射光谱分析技术。大部分LIBS系统都是用于实验室场景，往往体积庞大、操作复杂，限制了其在实际应用中的灵活性和便捷性，不便于携带至作业现场开展快速检测工作。

现有技术提供一种手持式激光诱导击穿光谱分析仪，通过将光谱仪与激光器小型化、集成化，以实现对样品的检测，但是现有技术中的分析仪的测量光路结构单一，导致检测仪的检测范围较小，无法适用于复杂的测量实验中。

实用新型内容

本实用新型的第一方面提供一种便携式元素快速检测装置，用以解决上述技术问题中的至少一项的缺陷，通过三条采集光路连接不同光谱仪并令其与聚焦光路旁轴设计，优化了便携式元素快速检测装置的空间布局，提高了便携式元素快速检测装置的检测范围，使得便携式元素快速检测装置可应用复杂的工作环境中。

本实用新型的第二方面提供一种元素检测仪。

本实用新型的第一方面提供一种便携式元素快速检测装置，包括：

光源组件，适于产生聚焦光路，所述聚焦光路用于聚焦至待测样品，以使所述待测样品产生等离子体反射光；

检测组件，用于收集所述等离子体反射光，所述检测组件包括用于采集可见光波段的第一光谱仪、用于采集紫外波段的第二光谱仪以及用于采集红外波段的第三光谱仪；所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述第三光谱仪的采集光路分别与所述聚焦光路的虚拟轴线旁轴设置；

所述检测组件还包括第一平凸透镜，所述第一平凸透镜分别位于所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述第三光谱仪的采集光路，以使所述等离子体反射光被聚焦于所述第一光谱仪、第二光谱仪和第三光谱仪的收集狭缝；

所述检测组件还包括平面反射镜，所述平面反射镜位于相应的所述采集光路，并位于所述待测样品和所述第一平凸透镜之间，所述平面反射镜用于改变所述采集光路的出光方向；

控制部件，分别与所述光源组件、所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述第三光谱仪电连接；所述控制部件基于所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述第三光谱仪检测到的光谱数据确定所述待测样品的元素信息。

根据本实用新型实施例提供的一种便携式元素快速检测装置，所述平面反射镜与水平面的夹角为α，所述α的取值范围为10°至30°。

根据本实用新型实施例提供的一种便携式元素快速检测装置，所述第一平凸透镜的中心焦点和所述平面反射镜的中心焦点之间的间距为20mm。

根据本实用新型实施例提供的一种便携式元素快速检测装置，所述光源组件包括激光器、第一激光反射镜和第二激光反射镜，所述第一激光反射镜与所述第二激光反射镜平行相向设置；所述第一激光反射镜和所述第二激光反射镜与水平面之间的夹角均为45°，所述第一激光反射镜与所述激光器相对，所述第二激光反射镜与所述待测样品相对；

所述聚焦光路还包括第二平凸透镜，所述第二平凸透镜设于所述第二激光反射镜与所述待测样品之间，所述第二平凸透镜的凸面朝向所述第二激光反射镜。

本实用新型第二方面提供一种元素检测仪，包括壳体、显示装置和前述实施例所述的便携式元素快速检测装置；

其中，所述壳体设有容置空腔和端板，所述端板上设有通光孔，所述端板覆设于所述容置空腔的开口处；

所述便携式元素快速检测装置设于所述容置空腔，所述聚焦光路适于通过所述端板的所述通光孔射向所述待测样品；所述等离子体反射光适于通过所述端板的所述通光孔进入所述采集光路；

所述显示装置设于所述壳体背离所述端板的一端，所述显示装置与所述便携式元素快速检测装置电连接。

根据本实用新型实施例提供的一种元素检测仪，还包括光学镜架，设于所述容置空腔并与所述壳体固定连接，所述光学镜架包括安装件和安装板，所述安装件设于所述容置空腔靠近所述端板的一侧，所述安装件用于设置所述聚焦光路和所述采集光路；所述安装板设于所述安装件背离所述端板的一侧，所述安装板上设有三个与所述采集光路适应连通的过光孔。

根据本实用新型实施例提供的一种元素检测仪，所述安装件包括用于设置所述聚焦光路的聚焦空腔、用于设置所述采集光路的第一收集空腔、用于设置所述采集光路的第二收集空腔和用于设置所述采集光路的第三收集空腔；

所述聚焦空腔呈L型，所述聚焦空腔沿所述聚焦光路依次固定所述第一激光反射镜、所述第二激光反射镜和所述第二平凸透镜；所述聚焦空腔的光路出口与所述通光孔连通，所述聚焦空腔的光路进口与所述激光器连通；

所述第一收集空腔和所述第二收集空腔沿所述聚焦空腔左右对称设置，所述第三收集空腔设于所述聚焦空腔下方，所述第一收集空腔、所述第二收集空腔和所述第三收集空腔内沿所述采集光路依次固定所述平面反射镜和所述第一平凸透镜；

所述第一收集空腔、所述第二收集空腔和所述第三收集空腔的光路进口与所述通光孔连通，所述第一收集空腔、所述第二收集空腔和所述第三收集空腔的光路出口与所述安装板上的所述过光孔相适应连通。

根据本实用新型实施例提供的一种元素检测仪，所述光学镜架还包括支撑组件，所述安装板设于所述支撑组件和所述安装件之间，所述支撑组件与所述安装件固定连接；

所述支撑组件包括第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板上下平行设置，以限制出限位空间，所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述第三光谱仪平行设于所述限位空间，所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述第三光谱仪的收集狭缝与所述安装板上的三个所述过光孔对应连通；

所述第一支撑板设有安装部，所述激光器设于所述安装部。

在本实用新型实施例提供的一种便携式元素快速检测装置中，通过设置三条采集光路分别与第一光谱仪、第二光谱仪和第三光谱仪连通，这样，当三条采集光路将等离子体反射光传至对应的光谱仪后，可以通过三个不同的光谱仪精准分析光谱数据中可见光波段、紫外波段和红外波段的信息，可以使得便携式元素快速检测装置的检测范围更加全面；三个光谱仪同时工作，可以同时对多种元素进行分析，提高了便携式元素快速检测装置的泛用性和实用性；另外，每条采集光路对应一台光谱仪，相当于为每个光谱仪都配备了独立的收光通道，这样的设计极大地增强了光谱仪的性能和灵敏度，通过单独的收光通道，光谱仪能够有效地捕获并聚焦等离子体反射光，获得高质量的光谱数据。

相比于现有技术，本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置中，三条采集光路以旁轴设计的方式，优化了便携式元素快速检测装置的空间布局，减小了便携式元素快速检测装置的体积，通过三个光谱仪对采集到的光谱数据进行针对性分析，提高了便携式元素快速检测装置的检测范围，使得便携式元素快速检测装置可应用于复杂的工作环境中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的元素检测仪的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的元素检测仪的爆炸结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的整体结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路和采集光路的整体结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路和采集光路的光路分布示意图；

图6是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路和单侧采集光路的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的采集光路的结构示意图。

附图标记：

1：壳体；11：开口；12：端板；13：通光孔；2：光学镜架；21：安装件；211：聚焦空腔；212：第一收集空腔；213：第二收集空腔；214：第三收集空腔；22：安装板；221：过光孔；23：支撑组件；231：第一支撑板；232：安装部；233：第二支撑板；3：便携式元素快速检测装置；31：光源组件；311：聚焦光路；312：激光器；313：第一激光反射镜；314：第二激光反射镜；315：第二平凸透镜；32：检测组件；321：采集光路；322：第一光谱仪；323：第二光谱仪；324：第三光谱仪；325：第一平凸透镜；326：平面反射镜；33：控制部件；4：显示装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实施例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。

图1是本实用新型实施例提供的元素检测仪的整体结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的元素检测仪的爆炸结构示意图。

参照图1和图2，本实用新型实施例提供一种元素检测仪，包括壳体1和便携式元素快速检测装置3，其中便携式元素快速检测装置3包括光源组件31、检测组件32和控制部件33。

壳体1的形状可以是方体、球体或子弹型等，具体地，可以根据实际需要进行适应性选择，参照图1和图2，本实用新型实施例中以枪形壳体作为具体示例并说明。壳体1具有窄端和平头端，在使用时，窄端朝向待测样品；在本实用新型的可选实施例中，壳体1的平头端可以设置显示装置4，以供使用者观测数据或调控设备。

具体地，显示装置4可以是微型显示器，元素检测仪所检测到的元素信息可以通过显示装置4呈现于使用者，显示装置4与控制部件33电连接，例如，通过在显示装置4和控制部件33上设置DSI接口（Display Serial Interface），通过相应的导线实现二者之间的信号传输，这样，在使用时，使用者可以通过和显示装置4之间的交互实现对元素检测仪的控制，这样可以减少控制元素检测仪的零件，丰富控制方式，提高元素检测仪的智能化和便利化。

壳体1靠近平头端的下方连接有手柄，手柄与壳体1为相互独立的零件，二者之间固定连接，固定连接的方式可以是螺纹连接、卡接或者紧固连接；在一些情况下，固定连接的方式还可以是通过粘接剂将手柄粘接在壳体1上。

壳体1和手柄的材料可以相同或不同，壳体1或手柄的材料可以选择为塑料、铸铁、铝合金或橡胶等，具体地，可以根据实际情况进行适应性选择。

在本实用新型的可选实施例中，壳体1和手柄还可以是一体成型得到的，这样可以减少零件的数量，简易化装配过程。一体成型的方式可以是3D打印、注塑或浇铸等，以3D打印为例，可以事先将壳体1与手柄的组合模型输入到计算机中，通过计算机控制3D打印机对壳体1和手柄进行打印，3D打印的材料可以选择为塑料，例如聚乳酸（polylactic acid,PLA）或ABS（丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物）等；打印的材料还可以选择为金属，例如铝合金、钛合金或不锈钢等；在一些情况下，打印的材料还可以选择纤维材料，具体地，可以根据实际情况进行适应性选择，本实用新型实施例在此不做具体限定。

手柄底部可拆卸连接有电池组件，电池组件为T形，电池组件与手柄之间连接方式可以是卡扣和卡槽相互卡接的方式，或者通过螺丝、螺栓等紧固件的紧固连接。壳体1顶部设有电源按钮，电源按钮与显示装置4、电池组件和便携式元素快速检测装置3均电连接，通过电源按钮可以开启或关闭元素检测仪。手柄靠近壳体1的一端设置有扳机开关，扳机开关与控制部件33电连接，通过按压扳机开关可以控制便携式元素快速检测装置3开启或关闭。

壳体1设有容置空腔和端板12，端板12设于壳体1一端，即壳体1的窄端，端板12上设有通光孔13，端板12覆设于容置空腔的开口11处。容置空腔与手柄的中空腔体连通，这样，可以便于元素检测仪内部的穿线，同时减轻元素检测仪的重量，起到轻量化的目的。

这里要说明的是，端板12与壳体1为相互独立的零件，二者之间固定连接，固定连接的方式可以是卡接、紧固连接或粘接等，本实用新型实施例在此不做具体限定。在一些情况下，端板12和壳体1可以为一体成型的结构，成型方式可以是3D打印、注塑或浇铸等，这样，可以减少零件的数量，简化装配过程。

参照图2，便携式元素快速检测装置3设于容置空腔，其中，光源组件31适于产生聚焦光路311，聚焦光路311适于通过端板12上的通光孔13聚焦至待测样品，以使待测样品产生等离子体反射光。

图3是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的整体结构示意图；图4是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路和采集光路的整体结构示意图；图5是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路和采集光路的光路分布示意图；图6是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路的结构示意图。

参照图3、图4、图5和图6，具体地，光源组件31包括激光器312、第一激光反射镜313、第二激光反射镜314和第二平凸透镜315，聚焦光路311中的光线由激光器312发射后，依次通过第一激光反射镜313、第二激光反射镜314和第二平凸透镜315，最终照射至待测样品表面。

具体地，参照图4、图5和图6，第一激光反射镜313与第二激光反射镜314平行相向设置，换言之，第一激光反射镜313与第二激光反射镜314的反光面相向。第一激光反射镜313和第二激光反射镜314与水平面之间的夹角均为45°，第一激光反射镜313与激光器312相对，第二激光反射镜314与待测样品相对。

激光从激光器312发射后先到达第一激光反射镜313，第一激光反射镜313可以改变激光的方向，使激光射向第二激光反射镜314，与第一激光反射镜313同理，激光到达第二激光反射镜314后会被再次反射，参照图4和图6，可以理解的是，激光经过第一激光反射镜313和第二激光反射镜314的两次反射后可以被调整至与端板12上的通光孔13共轴，换言之，与待测样品共轴。

第二平凸透镜315设于第二激光反射镜314与待测样品之间，第二平凸透镜315的凸面朝向第二激光反射镜314，激光从第二激光反射镜314射向第二平凸透镜315后可以被聚焦，激光穿过第二平凸透镜315后会穿过通光孔13，最终照射至待测样品表面。

这里要说明的是激光器312发射的激光为高能激光脉冲，通过前文所述的聚焦光路311后会被聚焦于待测样品的表面，待测样品受激光照射后会产生等离子体反射光。本实用新型实施例通过采用高能激光脉冲，可以直接对待测样品进行分析，减少了待测样品的制备时间，减少了元素检测实验的步骤，提高了作业效率。

参照图1和图4，检测组件32用于收集等离子体反射光，等离子体反射光适于通过端板12上的通光孔13进入采集光路321。本实用新型实施例以一个通光孔13作为示例举例并说明，即聚焦光路311和采集光路321经过同一个通光孔13，这里要说明的是，在本实用新型的可选实施例中，端板12上还可以设置两个通光孔13，分别用于聚焦光路311和采集光路321，这样，可以避免激光和等离子体反射光之间发生干涉，可以提高检测的准确性。这里要说明的是，端板12上通光孔13的大小和数量可以根据需要进行适应性设置，本实用新型实施例在此不做具体限定。

参照图3和图4，检测组件32包括用于采集可见光波段的第一光谱仪322、用于采集紫外波段的第二光谱仪323和用于采集红外波段的第三光谱仪324；第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的采集光路321分别与聚焦光路311的虚拟轴线旁轴设置。

参照图5和图7，这里要说明的是，虚拟轴线旁轴设置是指第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的采集光路321围绕聚焦光路311设置，与聚焦光路311不同轴。可以理解的是，通过令三条采集光路321与聚焦光路311不共轴，可以提高光谱信号的收集效率和分辨率，同时减少光谱数据中的背景干扰，提高检测结果的准确性。

图7是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的聚焦光路和单侧采集光路的结构示意图；图8是本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置的采集光路的结构示意图。

参照图4、图5、图7和图8，检测组件32还包括第一平凸透镜325和平面反射镜326，第一平凸透镜325和平面反射镜326位于第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的采集光路321，换言之，第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的采集光路321各包括一个第一平凸透镜325和平面反射镜326，平面反射镜326与水平面的夹角为α，α的取值范围为10°至30°，例如，α的取值为10°、15°或30°，这里要说明的是，因为第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的位置关系，导致第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324各自的收集狭缝存在一定的间距，换言之，三个收集狭缝不重合，为满足三个收集狭缝的集光需求，α的角度需要与之相适配，以实现三条采集光路321与三个收集狭缝的对准。另外，光谱仪的收光效率存在上限，换言之，光谱仪内部的感光元件存在感光上限，当进入光谱仪的光线过多时，会导致光谱仪检测的准确性降低，采集光路321进入相应光谱仪中的光线量与平面反射镜326传递至第一平凸透镜325上的光线量相关，可以理解的是，等离子体反射光从待测样品照射至平面反射镜326上时，该段光线落在平面反射镜326上的投影面积越大，会导致平面反射镜326折射的光线量越多，换言之，α的角度越小，进入相应光谱仪的光线越少，α的角度越大，进入相应光谱仪的光线越多；α可以根据实际情况进行适应性调整，以满足实际采光需要即可。

具体地，等离子体反射光由待测样品处依次经过平面反射镜326和第一平凸透镜325，第一平凸透镜325可以使等离子体反射光被聚焦于第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的收集狭缝，第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324可以将采集到的光谱数据进行处理并分析，进而将处理结果传至控制部件33，控制部件33可以通过显示装置4将检测结果呈现给使用者。

参照图4和图5，平面反射镜326位于待测样品和第一平凸透镜325之间，第一平凸透镜325的中心焦点和平面反射镜326的中心焦点之间的间距为20mm，平面反射镜326用于改变采集光路321的出光方向，可以理解的是，通过平面反射镜326改变等离子体反射光的光路方向，可以使得用于采集光路321的通光孔13和用于聚焦光路311的通光孔13被集中在小型化的端板12上，优化了元素检测仪的空间结构，促进了元素检测仪的小型化和便利化。另外，还可以理解的是，平面反射镜326不会改变光的传播形式，光线经过平面反射镜326后还是发散的状态，这里设置第一平凸透镜325可以改变光线的发散状态以使得光线呈汇聚状态，而第一平凸透镜325的焦点是固定的，为了第一平凸透镜325的焦点正好落在相应光谱仪的收集狭缝中，故此限制第一平凸透镜325的中心焦点和平面反射镜326的中心焦点之间的间距，这样可以提高光谱仪的收光效率。

参照图2，其中，控制部件33分别与光源组件31、第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324电连接；控制部件33基于第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324检测到的光谱数据确定待测样品的元素信息。

控制部件33可以是单片机（Single-Chip Microcomputer）、嵌入式微处理器（Embedded Microprocessors）、嵌入式系统（Embedded System）、单板计算机（SingleBoard Computer）或微控制器（Microcontroller）等部件，即具有数据处理和运算功能即可，具体地，可以根据实际情况进行适应性选择。

在本实用新型的可选实施例中，控制部件33还可以集成并安装环境温湿度传感器、GPS定位模块和气压传感器，这样，控制部件33可以通过前述各个传感器获取实时环境温湿度、GPS坐标和手持式元素检测仪器所在地的海拔高度，进一步地，控制部件33可以将环境温度、GPS坐标和海拔高度等数据通过显示装置4呈现给使用者。

在本实用新型的可选实施例中，元素检测仪还包括相机模块，相机模块与控制部件33电连接，具体可以通过排线将相机模块和控制部件33连接在一起，相机模块设于端板12处并朝向待测样品，这样，可以通过相机模块对待测样品进行激光烧蚀点的观测，还可借助相机模块确定激光的照射点。

参照图3和图4，可以理解的是，在本实用新型实施例提供的一种便携式元素快速检测装置3中，通过设置三条采集光路321分别与第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324连通，这样，当三条采集光路321将等离子体反射光传至对应的光谱仪后，可以通过三个不同的光谱仪精准分析光谱数据中可见光波段、紫外波段和红外波段的信息，可以使得便携式元素快速检测装置3的检测范围更加全面；三个光谱仪同时工作，可以同时对多种元素进行分析，提高了便携式元素快速检测装置3的泛用性和实用性；另外，每条采集光路321对应一台光谱仪，相当于为每个光谱仪都配备了独立的收光通道，这样的设计极大地增强了光谱仪的性能和灵敏度，通过单独的收光通道，光谱仪能够有效地捕获并聚焦等离子体反射光，获得高质量的光谱数据。

相比于现有技术，本实用新型实施例提供的便携式元素快速检测装置3中，三条采集光路321以旁轴设计的方式，增加了收集到的光线量，提高了信噪比，优化了便携式元素快速检测装置3的空间布局，减小了便携式元素快速检测装置3的体积，通过三个光谱仪对采集到的光谱数据进行针对性分析，提高了便携式元素快速检测装置3的检测范围，使得便携式元素快速检测装置3可应用复杂的工作环境中。

在本实用新型的可选实施例中，元素检测仪还包括光学镜架2，光学镜架2设于容置空腔并与壳体1固定连接，参照图3和图4，光学镜架2包括安装件21和安装板22，安装件21设于容置空腔靠近端板12的一侧，安装件21用于设置聚焦光路311和采集光路321；参照图4，安装板22设于安装件21背离端板12的一侧，安装板22上设有三个与采集光路321适应连通的过光孔221。

安装件21包括用于限制聚焦光路311的聚焦空腔211、用于限制采集光路321的第一收集空腔212、用于限制采集光路321的第二收集空腔213和用于限制采集光路321的第三收集空腔214。

其中，聚焦空腔211呈L型，聚焦空腔211沿聚焦光路311依次固定第一激光反射镜313、第二激光反射镜314和第二平凸透镜315；聚焦空腔211的光路出口与通光孔13连通，聚焦空腔211的光路进口与激光器312连通；第一收集空腔212和第二收集空腔213沿聚焦空腔211对称设置，第三收集空腔214设于聚焦空腔211下方，第一收集空腔212、第二收集空腔213和第三收集空腔214内沿采集光路321依次设置平面反射镜326和第一平凸透镜325；第一收集空腔212、第二收集空腔213和第三收集空腔214的光路进口与通光孔13连通，第一收集空腔212、第二收集空腔213和第三收集空腔214的光路出口与安装板22上的过光孔221相适应连通。

在本实用新型的可选实施例中，参照图3和图4，光学镜架2还包括支撑组件23，支撑组件23设于安装板22背离安装件21的一侧并与安装件21固定连接，换言之，安装板22设于支撑组件23和安装件21之间，支撑组件23与安装件21固定连接；支撑组件23包括第一支撑板231和第二支撑板233，第一支撑板231和第二支撑板233上下平行设置，以限制出限位空间，第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324平行设于限位空间，第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的收集狭缝与安装板22上的三个过光孔221对应连通；第一支撑板231设有安装部232，激光器312设于安装部232。

参照图3和图4，可以理解的是，在本实用新型实施例提供的元素检测仪中，通过光学镜架2，可以将便携式元素快速检测装置3的各个部件集成在元素检测仪中，使得便携式元素快速检测装置3更加紧凑，进一步减少了便携式元素快速检测装置3对于容置空腔的占用，减小了元素检测仪的体积和重量，提高了其便携性，即使得元素检测仪可以被方便携带至作业现场，最大程度上发挥了LIBS技术原位、快速的优势，通过提供即时的反馈和判断，使得使用者能够在野外或实地环境中迅速获得结果，并及时做出决策；另外，由于元素检测仪的小巧和便携性，使用者可以将其方便携带至任意的实验环境下，在连续的多个实验环境中，元素检测仪可以持续进行多次检测，实现流动检测，提高了元素检测实验的效率，减少了作业时间。

进一步地，本实用新型实施例中，可以通过多个光谱仪和控制部件33实现对待测样品的实时在线分析，检测后可以立刻得到光谱图像，并通过对光谱图像的分析同时得到待测样品的元素定性分析结果，极大地减少了分析的时间。另外，元素检测仪可以在低浓度下进行灵敏的分析，能够达到ppm（百万分之一）级别的检测限。

再进一步地，本实用新型实施例中，通过将显示装置4与控制部件33电连接，可以使得元素检测仪易于使用，减少了对于使用者专业知识的要求；元素检测仪不需要使用有毒或危险的化学试剂对待测样品进行预处理，提高了元素检测仪的安全性。

元素检测仪使用方法：

第一步，启动元素检测仪并开启自检模式；

第二步，根据待测样品选择样品种类和预检测元素的种类；

第三步，对激光器312、第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的预设参数进行调试；例如：激光器312的出光频率、出光时长和光谱仪的积分时间、平均次数、测量次数等，具体地可以根据待测样品的种类进行适应性选择；

第四步，开始检测；

第五步，数据分析及显示；

具体地，控制部件33将第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324传回的数据先进行平均处理（如果只测量了一次，则不需要平均），然后再对平均后的光谱数据进行背景扣除，将多余的背景信息从光谱数据中删除，得到最真实的光谱数据。

将扣除完背景的第一光谱仪322、第二光谱仪323和第三光谱仪324的数据进行拼接，由于每两个光谱仪之间有一定的重复波段，所以需要对重复部分的光谱数据进行处理，先裁剪第一光谱仪322数据的重复部分，然后再将第二光谱仪323和第三光谱仪324的数据进行拼接，从而得到一组完整且没有重复的光谱数据。将这组完整的光谱数据作为绘制光谱图像的数据，绘制完之后将光谱图像显示在显示装置4的界面上。

对拼接后的完整光谱数据进行平滑处理，把影响寻峰的光谱数据进行平滑处理，为下一步提取峰值光谱数据做准备。平滑处理后根据寻峰算法提取峰值光谱数据，然后将提取出的光谱数据与建立好的光谱数据库进行对比，从而确定出样品中所含元素的种类，得到定性分析的结果。

利用峰值数据和已经得到的元素种类，根据标准曲线法和免定标LIBS（Calibration-free LIBS，CF-LIBS）算法计算出样品中所含各个元素的含量，得到定量分析的结果，并将最终的定性、定量分析结果显示在显示装置4的界面上。

第六步，数据保存；可将测量结果进行保存，测量的结果可以在元素检测仪本地的“查询”中或APP中随时查看，测量结果包括光谱图像和定性、定量分析结果等数据，具体地还可根据实际需要进行适应性调整。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种便携式元素快速检测装置，其特征在于，包括：

光源组件（31），适于产生聚焦光路（311），所述聚焦光路（311）用于聚焦至待测样品，以使所述待测样品产生等离子体反射光；

检测组件（32），用于收集所述等离子体反射光，所述检测组件（32）包括用于采集可见光波段的第一光谱仪（322）、用于采集紫外波段的第二光谱仪（323）以及用于采集红外波段的第三光谱仪（324）；所述第一光谱仪（322）、所述第二光谱仪（323）和所述第三光谱仪（324）的采集光路（321）分别与所述聚焦光路（311）的虚拟轴线旁轴设置；

所述检测组件（32）还包括第一平凸透镜（325），所述第一平凸透镜（325）分别位于所述第一光谱仪（322）、所述第二光谱仪（323）和所述第三光谱仪（324）的采集光路（321），以使所述等离子体反射光被聚焦于所述第一光谱仪（322）、第二光谱仪（323）和第三光谱仪（324）的收集狭缝；

所述检测组件（32）还包括平面反射镜（326），所述平面反射镜（326）位于相应的所述采集光路（321），并位于所述待测样品和所述第一平凸透镜（325）之间，所述平面反射镜（326）用于改变所述采集光路（321）的出光方向；

控制部件（33），分别与所述光源组件（31）、所述第一光谱仪（322）、所述第二光谱仪（323）和所述第三光谱仪（324）电连接；所述控制部件（33）基于所述第一光谱仪（322）、所述第二光谱仪（323）和所述第三光谱仪（324）检测到的光谱数据确定所述待测样品的元素信息。

2.根据权利要求1所述的便携式元素快速检测装置，其特征在于，所述平面反射镜（326）与水平面的夹角为α，所述α的取值范围为10°至30°。

3.根据权利要求1所述的便携式元素快速检测装置，其特征在于，所述第一平凸透镜（325）的中心焦点和所述平面反射镜（326）的中心焦点之间的间距为20mm。

4.根据权利要求1所述的便携式元素快速检测装置，其特征在于，所述光源组件（31）包括激光器（312）、第一激光反射镜（313）和第二激光反射镜（314），所述第一激光反射镜（313）与所述第二激光反射镜（314）平行相向设置；所述第一激光反射镜（313）和所述第二激光反射镜（314）与水平面之间的夹角均为45°，所述第一激光反射镜（313）与所述激光器（312）相对，所述第二激光反射镜（314）与所述待测样品相对；

所述聚焦光路（311）还包括第二平凸透镜（315），所述第二平凸透镜（315）设于所述第二激光反射镜（314）与所述待测样品之间，所述第二平凸透镜（315）的凸面朝向所述第二激光反射镜（314）。

5.一种元素检测仪，其特征在于，包括壳体（1）、显示装置（4）和权利要求4所述的便携式元素快速检测装置（3）；

其中，所述壳体（1）设有容置空腔和端板（12），所述端板（12）上设有通光孔（13），所述端板（12）覆设于所述容置空腔的开口（11）处；

所述便携式元素快速检测装置（3）设于所述容置空腔，所述聚焦光路（311）适于通过所述端板（12）的所述通光孔（13）射向所述待测样品；所述等离子体反射光适于通过所述端板（12）的所述通光孔（13）进入所述采集光路（321）；

所述显示装置（4）设于所述壳体（1）背离所述端板（12）的一端，所述显示装置（4）与所述便携式元素快速检测装置（3）电连接。

6.根据权利要求5所述的元素检测仪，其特征在于，还包括：

光学镜架（2），设于所述容置空腔，并与所述壳体（1）固定连接，所述光学镜架（2）包括安装件（21）和安装板（22），所述安装件（21）设于所述容置空腔靠近所述端板（12）的一侧，所述安装件（21）用于设置所述聚焦光路（311）和所述采集光路（321）；所述安装板（22）设于所述安装件（21）背离所述端板（12）的一侧，所述安装板（22）上设有三个与所述采集光路（321）适应连通的过光孔（221）。

7.根据权利要求6所述的元素检测仪，其特征在于，所述安装件（21）包括用于设置所述聚焦光路（311）的聚焦空腔（211）、用于设置所述采集光路（321）的第一收集空腔（212）、用于设置所述采集光路（321）的第二收集空腔（213）和用于设置所述采集光路（321）的第三收集空腔（214）；

所述聚焦空腔（211）呈L型，所述聚焦空腔（211）沿所述聚焦光路（311）依次固定所述第一激光反射镜（313）、所述第二激光反射镜（314）和所述第二平凸透镜（315）；所述聚焦空腔（211）的光路出口与所述通光孔（13）连通，所述聚焦空腔（211）的光路进口与所述激光器（312）连通；

所述第一收集空腔（212）和所述第二收集空腔（213）沿所述聚焦空腔（211）左右对称设置，所述第三收集空腔（214）设于所述聚焦空腔（211）下方，所述第一收集空腔（212）、所述第二收集空腔（213）和所述第三收集空腔（214）内沿所述采集光路（321）依次固定所述平面反射镜（326）和所述第一平凸透镜（325）；

所述第一收集空腔（212）、所述第二收集空腔（213）和所述第三收集空腔（214）的光路进口与所述通光孔（13）连通，所述第一收集空腔（212）、所述第二收集空腔（213）和所述第三收集空腔（214）的光路出口与所述安装板（22）上的所述过光孔（221）相适应连通。

8.根据权利要求6所述的元素检测仪，其特征在于，所述光学镜架（2）还包括支撑组件（23），所述安装板（22）设于所述支撑组件（23）和所述安装件（21）之间，所述支撑组件（23）与所述安装件（21）固定连接；

所述支撑组件（23）包括第一支撑板（231）和第二支撑板（233），所述第一支撑板（231）和所述第二支撑板（233）上下平行设置，以限制出限位空间，所述第一光谱仪（322）、所述第二光谱仪（323）和所述第三光谱仪（324）平行设于所述限位空间，所述第一光谱仪（322）、所述第二光谱仪（323）和所述第三光谱仪（324）的收集狭缝与所述安装板（22）上的三个所述过光孔（221）对应连通；

所述第一支撑板（231）设有安装部（232），所述激光器（312）设于所述安装部（232）。