PL211400B1 - Laserowy spektroanalizator emisyjny - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 383789 (51) Int.Cl.

G01J 3/443 (2006.01) G01N 21/63 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 15.10.2007 (54)

Laserowy spektroanalizator emisyjny (73) Uprawniony z patentu:

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

27.04.2009 BUP 09/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

JAN OWSIK, Warszawa, PL

JACEK JANUCKI, Warszawa, PL

MARCIN MAMAJEK, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Janusz Rybiński

PL 211 400 B1

Opis wynalazku

Laserowy spektroanalizator emisyjny jest urządzeniem do badania różnego rodzaju materiałów pod względem ich składu chemicznego.

Znany jest optyczny przyrząd światłowodowy i układ stacjonarny spektroskopu laserowo-plazmowego, objaśniony w opisie patentowym USA nr 7,016,035. Przyrząd zawiera obudowę, mieszczącą źródło promieniowania laserowego. W tym urządzeniu główny światłowód jest podłączony do modułu laserowego swoim pierwszym końcem, zaś do sondy drugim końcem. Główny światłowód jest przystosowany do transmisji wejściowej energii wiązki promieniowania laserowego ze źródła promieniowania laserowego do próbki badanej i do transmisji zwrotnej sygnałów optycznych emitowanych ze wzbudzonej laserowo plazmy. Sonda zawiera soczewkę optyczną ogniskującą sygnały optyczne i służy do przekierowania wejściowego promieniowania laserowego z głównego światłowodu na próbkę i do przekierowania sygnałów optycznych emitowanych z laserowo wzbudzonej plazmy z próbki zwrotnie do głównego światłowodu. Przyrząd ma przynajmniej jeden światłowód otaczający, który jest podłączony do sondy oraz przynajmniej jeden ze światłowodów otaczających jest przystosowany do transmisji zwrotnej części sygnałów optycznych emitowanych z laserowo wzbudzonej plazmy z próbki do światłowodu głównego. Przyrząd zawiera rozdzielacz optyczny wiązki światła, umieszczony wewnątrz modułu laserowego, który jest przystosowany do przekierowywania wejściowego promieniowania laserowego ze źródła promieniowania laserowego do głównego światłowodu i do przekierowywania optycznych sygnałów emitowanych z laserowo wzbudzonej plazmy z głównego światłowodu do innego (dodatkowego) światłowodu podłączonego do modułu laserowego. Dalej układ zawiera urządzenie spektrometryczne, podłączone do owego dodatkowego światłowodu. Urządzenie spektrometryczne przystosowane jest do odbierania sygnałów optycznych emitowanych z laserowo wzbudzonej plazmy oraz analizy tych sygnałów. Urządzenie spektrometryczne wyposażone jest w matrycowy przetwornik obrazu ze wzmacniaczem, który odebrane sygnały optyczne po przetworzeniu na cyfrowe sygnały elektryczne przesyła jako dane do komputera.

Znany jest sposób określania wartości koncentracji atomów w gazach i ciałach stałych, objaśniony w międzynarodowym zgłoszeniu nr WO 97/15811. Sposób określania koncentracji atomów pierwszego typu pierwiastka pochodzącego z próbki obejmuje następujące czynności:

- skierowanie impulsu promieniowania laserowego na powierzchnię próbki, w wyniku czego jest generowana plazma z materiału tej próbki, z której to plazmy jest emitowane promieniowanie optyczne;

- uzyskanie z promieniowania optycznego pochodzą cego z emisji ze wzbudzonej plazmy widma, które uzyskuje się rozszczepiając pod względem długości fali i określając w czasie promieniowanie optyczne i rozpoczynając analizę w ustalonym momencie po generacji plazmy i kontynuując przez określony przedział czasu w wybranym zakresie długości fali promieniowania, w wyniku czego otrzymuje się widmo dyskretne reprezentujące typ atomu będącego w chwilowej równowadze termicznej atomów wewnątrz plazmy;

- obliczenie chwilowej temperatury plazmy przy użyciu pomierzonej intensywności emisji z innej próbki, wykorzystując dla niej co najmniej dwie linie emisyjne w granicach wybranego zakresu długości fali promieniowania;

- pomierzenie intensywnoś ci emisji w pierwszej próbce, uż ywają c przy najmniej jednej linii emisyjnej w ustalonym zakresie długości fali promieniowania i mając znaną intensywność tej linii;

- znormalizowanie mierzonej emisji z pierwszej próbki, używając względnej koncentracji atomów, dla której występuje wzrost linii emisyjnych.

Sposób określenia koncentracji wybranego rodzaju atomu w próbce badanej zawiera ponadto znormalizowany poziom mierzonej intensywności emisji, co najmniej jedną linię emisyjną dla pierwszego typu atomu w próbce w stosunku do intensywności emisji linii widma innego atomu w próbce wzorcowej, dla której jest znana koncentracja.

Znany jest układ spektroanalizatora, objaśniony w opisie patentowym USA nr 5,141,314. Układ spektroanalityczny zawiera polichromator ze szczeliną wejściową, układ przesuwający widmo i odbiciową siatkę dyfrakcyjną dającą w efekcie rozszczepione przestrzennie promieniowanie, które pada na wybraną grupę trzydziestu jeden fotopowielaczy próżniowych wybranych z grupy sześćdziesięciu trzech fotopowielaczy próżniowych należących do układu Rowlanda z promieniem krzywizny 0,75 m. Przed wejściem optycznym konstrukcji spektroanalizatora znajduje się komora iskrowego stanowiska łukowego wypełniona gazem obojętnym, na przykład argonem, zawierająca elektrodę wyładowczą oraz uziemioną powierzchnię do umieszczenia próbki, która jest poddawana analizie. Źródło zasilania

PL 211 400 B1 steruje stanowiskiem łukowym, uzyskując wstępne wzbudzenie łuku elektrycznego oraz w każdym cyklu napromieniowanie fotopowielaczy zmienną w czasie emisją ze wzbudzonej z próbki materiału plazmy, powstałą w wyniku wyładowania elektrycznego pomiędzy elektrodą i powierzchnią uziemionej próbki. Zasilacz jest wstępnie synchronizowany do częstotliwości 50 Hz lub 60 Hz linii zasilającej i co 0,1 sekundy odbiera sygnały spustowe z urządzenia sterującego poprzez pierwszy przewód elektryczny. Dodatkowo do urządzenia sterującego jest dołączony wejściowy nastawnik alfanumeryczny (klawiatura), który umożliwia nastawy parametrów czasowych układu wyzwalania i trybu pracy układu spektroanalitycznego i sterownika dostarczającego wyjściowych sygnałów sterujących na pierwszy przewód elektryczny do wysterowania zasilacza; sygnałów na drugi przewód elektryczny do sterowania przesuwnika widma i sygnałów na trzeci, czwarty i piąty przewód elektryczny do sterowania obwodów toru odczytu informacji, które są podłączone do właściwych, współpracujących fotopowielaczy. Urządzenie sterujące zawiera generator impulsów startowych, generator okresu powtarzania impulsów startowych, z których każdy jest ośmiobitowym rejestrem ustawianym za pomocą sygnałów z wejś ciowego sterownika klawiaturowego z rozdzielczoś cią 5 μ s dla okresu czasu nastawianego w zakresie 0 .. 1155 μ s. Do wyjść obwodów detekują cych sygna ł y uż yteczne jest podłączony procesor w celu przetwarzania informacji uzyskiwanych z fotopowielaczy i przystosowania ich do odczytu w urządzeniach wyjściowych, takich jak monitor obrazowy czy drukarka. Źródło zasilania o obwodzie elektrycznym zawiera obwód ładujący niskonapięciowy kondensator, który jest przełączany między wartościami pojemności 2 μF a 12 μF; wyjściowy obwód rozładowujący; nastawny rezystor, który jest przełączany między wartościami rezystancji 3,3 oma i 23,3 oma; zmienną indukcyjność, która jest przełączana między wartościami indukcyjności 65 μH i 138 μH i jest podłączona do elektrody w stanowisku łukowym. Do elektrody roboczej jest podłączony, przez obwód kształtowania impulsu i wyładowania, iskiernik, który jest wyzwalany za pomocą obwodu wyzwalania w odpowiedzi na sygnały sterujące z urządzenia sterującego, przesyłane za pomocą pierwszego przewodu elektrycznego. Właściwy, mający znaczenie pomiarowe, przepływ prądu elektrycznego w każdym wyładowaniu rozpoczyna się około 40 μs po wygenerowaniu sygnału wyzwalania i przesłaniu go za pomocą pierwszego przewodu elektrycznego do głównego obwodu rozładowania. W trybie pracy urządzenia z najwyższą wartością mocy, kondensator ma wartość 12 pF, rezystor ma wartość 3,3 oma a cewka indukcyjna ma wartość 65 pH. Obwód taki wytwarza impuls o maksymalnej amplitudzie około 100 A przy czasie trwania impulsu prądowego około 30 ps i występującym po około 70 ps po impulsie wyzwalającym na pierwszym przewodzie elektrycznym i w odstępach czasu co około 125 ps. Przy pracy urządzenia w trybie średniej wartości mocy kondensator ma wartość 2 pF, rezystor ma wartość 3,3 oma a cewka indukcyjna ma wartość 138 pH. Obwód taki wytwarza impuls prądowy o maksymalnej amplitudzie około 40 A, występujący po czasie około 20 ps po starcie przepływu prądu i po około 60 ps od impulsu wyzwalającego na pierwszym przewodzie elektrycznym przy czasie powtarzania około 100 ps. Przy trybie pracy z niskim poziomem mocy wyjściowej kondensator ma wartość 12 pF, rezystor ma wartość 23,3 oma a cewka indukcyjna ma wartość 138 pH, zaś obwód elektryczny wytwarza wtedy wyjściowy impuls prądowy o maksymalnej amplitudzie około 16 A, występujący po około 30 ps po starcie przepływu prądu, po 60 ps po impulsie wyzwalającym na pierwszym przewodzie elektrycznym przy czasie powtarzania około 800 ps. Sygnał wyzwalający, przesyłany za pomocą pierwszego przewodu elektrycznego z urządzenia sterującego może być powtarzany z częstością 180 Hz lub 360 Hz w zależności, jak wybrano go za pomocą wejściowego nastawnika (klawiatury). Każda iskra stanowiska iskrowego powoduje pobudzenie cieplne materiału próbki w wyniku czego otrzymywane jest promieniowanie optyczne, które jest dalej przesyłane przez tor optyczny i szczelinę wejściową oraz konstrukcję przesuwającą widmo do odbijającej siatki dyfrakcyjnej w celu rozszczepienia w widmo i odczytu jego linii za pomocą fotopowielaczy umiejscowionych przy odpowiednich szczelinach wyjściowych polichromatora. Prąd wyjściowy dziewięciostopniowego fotopowielacza, płynący szóstym przewodem elektrycznym, jest przetwarzany na napięcie za pomocą wzmacniacza operacyjnego i podawany na tranzystor typu FET pracujący jako klucz, który odbiera sygnał sterujący za pomocą trzeciego przewodu elektrycznego z urządzenia sterującego i podaje do układu całkującego, który ma zastosowany kondensator w torze jego sprzężenia zwrotnego, przy czym, gdy tranzystor typu FET jest zamknięty, to napięcie na wyjściu układu całkującego jest proporcjonalne do całkowitego sygnału prądowego z wyjścia prądowego fotopowielaczy. Gdy zaś tranzystor typu FET jest otwarty, to stałe napięcie wyjściowe obwodu całkującego jest utrzymywane na jego aktualnej wartości. W odpowiedzi na sygnał wyzwalający, przesyłany za pomocą piątego przewodu elektrycznego, klucz elektroniczny typu FET jest zamykany, po to aby przyłączyć wyjście obwodu całkującego do dwunastobitowego przetwornika

PL 211 400 B1 analogowo-cyfrowego w celu konwersji wartości zapamiętanej w układzie integratora z postaci analogowej na cyfrową, umożliwiającą zapisanie nią rejestru procesora. Sygnał z urządzenia sterującego zeruje i ustawia układ całkujący na wartość początkową przed kolejnym cyklem wyładowania iskrowego. Układ w typowych zastosowaniach pomiarowych wykonuje cykl wyładowczy w odstępach czasu co 3 do 7 sekund, przy których argon lub inny podobny gaz przepływa ciągle przez szczelinę analityczną w iskrowym stanowisku wyładowczym; cykl wstępnego wyzwolenia i wzbudzenia łuku elektrycznego z próbki poddanej analizie odbywa się w czasie od 1 do 100 sekund przy wysokim (100 A) lub średnim (40 A) prądzie i ma zmienny czas trwania wyświecania. Punkty danych są przetwarzane z szybkością około dwu punktów danych na sekundę, zaś próbka zostaje okreś lona po 180 wyładowaniach iskrowych w każdym punkcie pomiarowym. Każdy punkt pomiarowy danych jest przesuwany za pomocą mechanizmu przemieszczającego widmo o około 0,06 angstrema od najbliższego punktu danych pomiarowych do następnego. Konstrukcja przemieszczająca widmo jest przesuwana pomiędzy kolejnymi punktami danych pomiarowych celem dostarczenia przyrostowych danych analitycznych ze skanowania około 4 angstremowego zakresu długości fali.

Znany jest ponadto optyczny interfejs spektrometru emisyjnego do okólnej obserwacji emisji z plazmy wykorzystujący argon objaśniony w opisie patentowym USA nr 6,122,050. Spektroanalizator emisji z plazmy, opisany tutaj, zawiera źródło jonów plazmy powstających w wyniku wzbudzenia elektromagnetycznego, co oznacza, że układ zawiera cewkę indukcyjną. Energia do wygenerowania plazmy jest typowo dostarczana poprzez kluczowanie końcówki mocy generatora częstości radiowych (RF). Generator dostarcza sygnału mocy z zakresu RF do cewki indukcyjnej niezbędnej do wzbudzenia gazu w plazmę. Emisja spektralna z plazmy jest najpierw przechwytywana przez pierwszą soczewkę optyczną zamocowana w jej uchwycie. Chłodzony wodą filtr-separator (diafragma) jest usytuowany pomiędzy wspomnianą pierwszą soczewką optyczną a plazmą. Promieniowanie optyczne, przenoszone przez pierwszą soczewkę optyczną, jest z zakresu od UV (ultrafioletu) do IR (podczerwieni) zakresu promieniowania elektromagnetycznego. Widmo emisyjne, przechwytywane przez soczewkę optyczną, jest emitowane z podłużnej osi głównego stożka plazmy. Zanim emisja promieniowania elektromagnetycznego zostanie przechwycona i spróbkowana przechodzi przez 1,0 cm otwór znajdujący się w centralnej części filtra-separatora. Następnie emisja przechodzi przez częściowy otwór (aperturę). Po przejściu przez diafragmę widmo emisji pada na soczewkę optyczną, przez którą jest przetwarzane w skupioną, równoległą wiązkę i dalej pada na kolejną aperturę ograniczającą i za nią na kolejną soczewkę optyczną i przez nią jest ogniskowane na szczelinie wejściowej spektrometru, gdzie uśrednione widmo emisji jest rozszczepiane. Soczewka optyczna jest zamontowana w nastawnym uchwycie. Pierwsza soczewka optyczna jest umieszczona bardzo blisko szczytu stoż ka plazmy. Typowy dystans to 2 .. 10 cm, który jest ustalany za pomocą elementów regulacyjnych, dostrajających konstrukcję modułu. Elementy regulacyjne są użyte do usytuowania interfejsu optycznego możliwie blisko stożka plazmy, w celu zebrania jak największej ilości emitowanego światła przez układ o krótkiej głębi ostrości obrazu plazmy, wprowadzanego do spektrometru w celu jego analizy, co maksymalnie zwiększa rozdzielczość przestrzenną. Rozdzielczość przestrzenna może być dalej zwiększana jeśli jest umieszczony filtr przestrzenny (optyczny) przed omawianą pierwszą soczewką optyczną i jeśli druga soczewka optyczna jest przesunięta bliżej w kierunku pierwszej soczewki optycznej. Takie rozwiązanie zatrzymuje całe wcześniej występujące promieniowanie towarzyszące, emitowane z podstawy plazmy, które mogł o być rejestrowane w innym przypadku. W efekcie emisje, które podlegają efektowi matrycy obserwowanym w typowych układach spektrometrów liniowych lub radialnych tu są blokowane i nie przedostają się do wejścia spektrometru przez szczelinę wejściową i nie są dalej analizowane. Filtr jest zamontowany w cylindrycznym płaszczu, mającym powierzchnię zabezpieczoną warstwą odporną na działanie temperatury, zazwyczaj z politetrafluoroetylenu. Filtr zawiera jeszcze dyszę, która odprowadza gorące gazy generowane ze strumienia plazmy. Tutaj gorące gazy z plazmy lub unoszone bezwładnie gazy lub mieszanka strumienia powietrza są zasysane do wnętrza konstrukcji i wydmuchiwane przez dyszę. Wszystkie gorące gazy, generowane przez otoczenie plazmy, są wciągane do dyszy. Dodatkowo do chłodzenia pierwszej soczewki optycznej używany jest ciągły strumień gazu przepływający nad soczewką podawany przez zawór i wydmuchiwany przez otwór dyszy. Typowo przepływającym gazem jest argon lub azot. Taki strumień gazu powoduje, iż żadne gorące gazy pochodzące z plazmy nie uszkadzają soczewki optycznej. Omawiany filtr to typowo dysk wykonany z mosiądzu lub innego termoprzewodzącego materiału, którego powierzchnia będąca w bezpośrednim kontakcie z plazmą jest pokryta powłoką zabezpieczającą. Powłoka ta jest wykonana z kompozytu zawierającego nikiel lub inny metal odporny na korozję powstającą przez bezpośredni kontakt

PL 211 400 B1 powierzchni z plazmą. Filtr jest jeszcze wyposażony w kanalik (pusty rdzeń) posiadający przyłącze medium chłodzącego, typowo wody, podawanego ciągle z układu chłodzenia przez doprowadzenia i odprowadzanego poza ukł ad w celu odprowadzenia nadmiaru gorąca z filtra a tym samym z jego powłoki ochronnej. W celu zapewnienia przepływu gazu nad soczewką optyczną i wydalenie go przez dyszę, filtr posiada otwory wentylacyjne umożliwiające przepływ strumienia gazu. Filtr posiada również usztywniający pierścień zapewniający możliwość nastawienia odpowiedniego dystansu konstrukcji interfejsu od gorących gazów plazmy wydalanych przez dyszę. Gaz ochronny, taki jak argon czy azot, jest podawany z butli (zasobnika) i przepuszczany przez konstrukcję zanim osiągnie swoją docelową pozycję w celu wyeliminowania lokalnych zawirowań. Przepływ gazu ochronnego jest powierzchniowy i chroni uż yteczne cząsteczki wytworzone przez wysokowydajny rozpylacz - atomizer (generator kropelek). Prędkość powierzchniowego przepływu gazu ochronnego powinna być mniej więcej porównywalna z tą, jaką posiadają rozpylone kropelki, dzięki temu kropelki nie tworzą znaczącego śladu przy przepływie w głąb konstrukcji. Kropelki są następnie wstrzykiwane do konwencjonalnego urządzenia plazmowego. Tak, jak w typowym urządzeniu, rurka rozszerza się przy wylocie w celu przyspieszenia przepływającego gazu ochronnego w plazmie. I tak, jak konwencjonalne urządzenie plazmowe, ten układ następnie zawiera kwarcowe ścianki wewnątrz indukcyjnej cewki obciążenia. Wewnątrz tych kwarcowych ścianek jest umieszczona rurka okalająca układ wtryskiwania. Jak ustalono, plazma dostarcza wystarczającej energii do wzbudzenia cząstek dowolnej próbki w gazie ochronnym. Po rozpyleniu cząstki w plazmie osiągają poziom energii wzbudzenia. Kiedy elektrony tychże atomów osiągną poziom podstawowy uwolnią kwant energii o charakterystycznej długości fali. To jest to promieniowanie optyczne lub widmo emisyjne, które jest dalej próbkowane i przetwarzane przez spektrometr.

Znany jest poza tym spektrometr emisyjny ze wzbudzeniem w indukcyjnej plazmie mikrofalowej, objaśniony w polskim opisie patentowym nr 153 895. Spektrometr ten składa się z nebulizera ze źródłem gazu roboczego oraz z wejściem próbki ciekłej, zawierającego płytkę z ceramiki cyrkonowej o strukturze mikroporowatej, połączonego przewodem wyprowadzającym próbkę w postaci aerozolu z palnikiem plazmowym, umieszczonym w rezonatorze. Rezonator jest połączony poprzez blok przeniesienia mocy z generatorem bardzo wysokiej częstotliwości oraz z monochromatorem lub polichromatorem, który poprzez detektor jest połączony z blokiem rejestracji. Sposób działania spektrometru, polega na wprowadzeniu próbki ciekłej za pomocą pompy perystaltycznej na płytkę z ceramiki cyrkonowej. Równocześnie na płytkę wprowadzony jest gaz roboczy, który powoduje w nebulizerze dyspersję roztworu do subtelnego aerozolu. Aerozol wraz ze strumieniem gazu roboczego przenoszony jest w strefę plazmy w palniku plazmowym, umieszczonym w rezonatorze. W strefie plazmy nastę puje odparowanie kropel, dysocjacja, atomizacja i wzbudzenie. Wzbudzone atomy próbki wysyłają charakterystyczne promieniowanie. Promieniowanie to jest kierowane na szczelinę wejściową monochromatora, w którym zostaje rozszczepione, a następnie zarejestrowane przez detektor i blok rejestracji. Częstotliwość promieniowania określa rodzaj pierwiastka, a intensywność oznacza jego stężenie w próbce.

Laserowy spektroanalizator emisyjny, według zgłoszenia, zawiera zasilacz trójnapięciowy, którego wyjście zasilające jest połączone z wejściem zasilającym Konwersji Sygnałów Cyfrowych, Sterownika Kondycjonującego, Lasera Nd:YAG, Procesora, Spektrometra UV, Spektrometra VIS, Detektora, Przetwornika RCA, Kamery, Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń, Sterownika Silnika 1, Sterownika Silnika 2 i Generatora. Pierwsze wyjście Procesora jest połączone z pierwszym wejściem Spektrometra UV i Spektrometra VIS. Pierwsze wielofunkcyjne wejście/wyjście Procesora jest połączone z wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem Sterownika Kondycjonującego. Drugie wyjście/wejście wielofunkcyjne Procesora jest połączone z wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym Konwersji Sygnałów Cyfrowych. Trzecie wielofunkcyjne wyjście/wejście Procesora jest połączone z wejś ciem/wyjś ciem wielofunkcyjnym Sterownika Silnika 1. Czwarte wielofunkcyjne wyjś cie/wejś cie Procesora jest połączone z wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem Sterownika Silnika 2. Drugie wejście Procesora jest połączone z wyjściem Detektora. Trzecie wejście Procesora jest połączone z wyjściem Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń. Wyjście Generatora jest połączone z drugim wejściem Sterownika Silnika 1 i z drugim wejściem Sterownika Silnika 2. Sterownik Silnika 1 jest mechanicznie sprzęgnięty ze Stolikiem Pomiarowym, którego przesuw wzdłuż osi wertykalnej jest ograniczony za pomocą pierwszej pary ograniczników Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń. Sterownik Silnika 2 jest mechanicznie sprzęgnięty ze Stolikiem Pomiarowym, którego przesuw wzdłuż osi horyzontalnej jest ograniczony za pomocą drugiej pary ograniczników Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń. Wyjście Sterownika Kondycjonującego jest połączone z drugim wejściem Lasera

PL 211 400 B1

Nd:YAG. Wyjście Lasera Nd:YAG jest połączone optycznie z pierwszym wejściem Toru Optycznego Zespolonego za pomocą wysyłanej wiązki laserowej. Pierwsze wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z próbką materiału analizowanego i plazmą usytuowanych na Stoliku Pomiarowym za pomocą tej samej wiązki laserowej. Drugie wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z Kamerą za pomocą wiązki światła. Trzecie wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z trzecim wejściem Spektrometra UV za pomocą pierwszej wiązki promieniowania UV plazmy i za pomocą pierwszego światłowodu. Czwarte wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z trzecim wejściem Spektrometra VIS za pomocą drugiej wiązki promieniowania VIS plazmy i za pomocą drugiego światłowodu. Wyjście Spektrometra UV jest połączone z drugim wejściem Konwersji Sygnałów Cyfrowych. Wyjście Spektrometra VIS jest połączone z trzecim wejściem Konwersji Sygnałów Cyfrowych. Wyjście Kamery jest połączone z drugim wejściem Przetwornika RCA. Wielofunkcyjne wyjście/wejście Przetwornika RCA jest połączone z drugim wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem Konwersji Sygnałów Cyfrowych za pomocą pierwszej szyny. Laserowy spektroanalizator emisyjny według wynalazku charakteryzuje się tym, że jego Tor Optyczny Zespolony, bezpośrednio współdziałający z Laserem Nd;YAG, z Kamerą, ze Spektrometrem UV i ze Spektrometrem VIS, zawierający dwa zwierciadła płaskorównoległe i soczewkę obustronnie wypukłą o ogniskowej skupiającej w punkcie F, jest zespolony z Laserem Justującym, z dwiema diodami elektroluminescencyjnymi, ze światłowodem Spektrometra UV i ze światłowodem Spektrometra VIS. Pierwsze zwierciadło płaskorównoległe jest usytuowane pod kątem 45° w stosunku do części wią zki laserowej o kierunku zgodnym z osią optyczną Lasera Nd:YAG i ma 99% odbicie przy pracy na długości fali 1064 nm i 1% transmisję w kierunku padania tej części wiązki laserowej. Drugie zwierciadło płaskorównoległe jest usytuowane pod kątem 45° w stosunku do części wiązki laserowej odbitej od pierwszego zwierciadła płaskorównoległego i ma 99% odbicie przy pracy na długości fali 1064 nm i około 1% transmisję w kierunku padania tej części wiązki laserowej. Soczewka obustronnie wypukła o długości ogniskowej F + 45 mm jest usytuowana swoją osią optyczną równolegle do części wiązki laserowej odbitej pod kątem 45° od drugiego zwierciadła płaskorównoległego. Kamera, mająca układy ogniskujące obraz z powierzchni Stolika Pomiarowego na matrycy CCD, jest usytuowana przed drugim zwierciadłem płaskorównoległym w takiej odległości, aby płaszczyzna obrazowa jej układu optycznego znajdowała się bardzo blisko płaszczyzny ogniskowej soczewki obustronnie wypukłej. Oś optyczna tej Kamery pokrywa się z osią optyczną tej soczewki. Światłowód Spektrometra UV i światłowód Spektrometra VIS, mające układy ogniskujące obraz plazmy na ich wejściach, są usytuowane przeciwlegle po obu stronach osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej, a ich osie optyczne zbiegają się w punkcie ogniskowej tej soczewki pod kątami około 40°. Oś optyczna Lasera Justującego jest nachylona pod kątem 60° w odniesieniu do powierzchni próbki analizowanego materiału i zbiega się z osią optyczną soczewki obustronnie wypukłej w jej punkcie ogniskowej, gdy próbka materiału analizowanego znajduje się w położeniu optymalnym. Diody elektroluminescencyjne są usytuowane przeciwlegle po obu stronach osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszą część układu modułowo-elementowego laserowego spektroanalizatora emisyjnego, fig. 2 - drugą część układu modułowo-elementowego laserowego spektoranalizatora emisyjnego, fig. 3 - układ blokowo-elementowy tego spektroanalizatora, a fig. 4 - tor optyczny tego spektroanalizatora, bezpośrednio współdziałający z Laserem Nd:YAG, z Kamerą, ze Spektrometrem UV, ze Spektrometrem VIS, zespolony z Laserem Justującym, z dwiema diodami elektroluminescencyjnymi, ze światłowodem Spektrometra UV i ze światłowodem Spektrometra VIS.

Laserowy spektroanalizator emisyjny jest utworzony z modułów i elementów połączonych następująco. Moduł zasilania energią elektryczną PAD zawiera pierwszy zasilacz napięcia stałego +24 V, 2A ZNS1, drugi zasilacz napięcia stałego +16 V i 1A ZNS2 i trzeci zasilacz napięcia stałego +5 V, 2a ZNS3. Moduł zasilania energią elektryczną PAD jest podłączony do sieci energetycznej 230 V, 50 Hz SE. Dodatni biegun pierwszego zasilacza ZNS1 jest połączony z pierwszym wejściem modułu Sterownik/Zasilacz Q-switch'a Lasera 1064 nm, 1 Hz, 3 kV SZGL i z pierwszym wejściem modułu Sterownik/Zasilacz Lasera 1064 nm, 300 W, 1 Hz, 1 kV SZL. Ujemny biegun pierwszego zasilacza ZNS1 jest połączony z pierwszym wyjściem modułu SZGL i z pierwszym wyjściem modułu SZL. Dodatni biegun drugiego zasilacza ZNS2 jest połączony z wejściem modułu Kamera KAM, z pierwszym wejściem modułu Sterownik Silnika 1 SSOY, z pierwszym wejściem modułu Sterownik Silnika 2 SSOX, z pierwszym wejściem modułu Przetwornika RCA na USB2.0 PRCA, z pierwszym wejściem

PL 211 400 B1 modułu Konwerter 1 RS232C na USB KONW1, z pierwszym wejściem modułu Konwerter 2 RS232C na USB KONW2 i z pierwszym wejściem modułu Konwerter 3 8 bitów na USB KONW 3 za pomocą piątego przewodu elektrycznego oznaczonego 5. Ujemny biegun drugiego zasilacza ZNS2 jest połączony z pierwszym wyjściem modułu KAM, z pierwszym wyjściem modułu SSOX, z pierwszym wyjściem modułu SSOY i z pierwszym wyjściem modułu PRCA za pomocą szóstego przewodu elektrycznego oznaczonego 6. Dodatni biegun trzeciego zasilacza ZNS3 jest połączony z pierwszym wejściem modułu Układ Kondycjonujący Sterownik Lasera i Q-switch'a i Podświetlenia MKSLQP, z wejściem modułu Laser Justujący 670 nm, 1 mW LJUS, z wejściem modułu Generator RC 150 Hz, 1/2 GRC, z wejściem modułu Kondycjoner Sygnałów Ograniczeń KSO przesuwu stolika pomiarowego SP wzdłuż osi wertykalnej OY i wzdłuż osi horyzontalnej OX, następnie z pierwszym wejściem procesora PRISC za pomocą pierwszego przewodu elektrycznego oznaczonego 1, z wejściem modułu Koncentrator Portów USB KPUSB za pomocą drugiego przewodu elektrycznego oznaczonego 2, z pierwszym wejś ciem moduł u Spektrometr 1 UV SPEK1 i z pierwszym wejś ciem modułu Spektrometr 2 VIS SPEK2 za pomocą siódmego przewodu elektrycznego oznaczonego 7. Biegun ujemny trzeciego zasilacza ZNS3 jest połączony z pierwszym wyjściem modułu MKSLQP, z wyjściem modułu LJUS, z pierwszym wyjściem modułu GRC, z pierwszym wyjściem modułu KSO, z pierwszym wyjściem procesora PRISC za pomocą trzeciego przewodu elektrycznego oznaczonego 3 i z wyjściem modułu KPUSB za pomocą czwartego przewodu elektrycznego oznaczonego 4. Biegun dodatni modułu SZQL jest połączony z pierwszym wejściem modułu LYAG, przy czym pierwsze wyjście tego modułu LYAG jest połączone z drugim wejściem modułu SZQL. Trzecie wyjście modułu SZQL, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z drugim wejściem modułu MKSLQP, zaś drugie wyjście modułu MKSLQP, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z trzecim wejściem modułu SZQL. Dodatni biegun modułu SZL jest połączony z drugim wejściem modułu LYAG, przy czym drugie wyjście modułu LYAG jest połączone z drugim wejściem modułu SZL. Trzecie wyjście modułu SZL, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z trzecim wejściem modułu MKSLQP, przy czym trzecie wyjście tego modułu MKSLQP, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z trzecim wejściem modułu SZQL. Czwarte wyjście modułu MKSLQP, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z wejściem pierwszej diody elektroluminescencyjnej LED 1, oświetlającej światłem białym, i z wejściem drugiej diody elektroluminescencyjnej LED 2, również oświetlającej światłem białym, przy czym wyjścia tych diod LED 1, LED 2, wysyłające sygnały sterujące, są połączone z czwartym wejściem modułu MKSLQP. Drugie wyjście modułu GRC, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z drugim wejściem modułu SSOY i z drugim wejś ciem moduł u SSOX. Dwa wyjś cia, drugie i trzecie moduł u SSOY, wysył ają ce sygna ł y sterujące, są połączone z dwoma wejściami modułu Silnik 1 S1. Dwa wyjścia, drugie i trzecie modułu SSOX, wysyłające sygnały sterujące, są połączone z dwoma wejściami modułu Silnik 2 S2. Drugie i trzecie wyjścia modułu KSO są połączone z pierwszą parą styków OY1, ograniczającą przesuw w górę stolika pomiarowego SP wzdłuż osi wertykalnej OY. Czwarte i piąte wejścia modułu KSO są połączone z drugą parą styków OY2, ograniczającą przesuw w dół stolika pomiarowego SP wzdłuż osi wertykalnej OY. Szóste i siódme wejścia modułu KSO są połączone z pierwszą parą styków OX1, ograniczającą przesuw w lewą stronę stolika pomiarowego SP wzdłuż osi horyzontalnej OX. Ósme i dziewiąte wejścia modułu KSO są połączone z drugą parą styków OX2, ograniczającą przesuw w prawą stronę stolika pomiarowego SP wzdłuż osi horyzontalnej OX. Drugie wyjście modułu KSO, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z drugim wejściem procesora PRISC za pomocą ósmego przewodu elektrycznego oznaczonego 8. Wyjście modułu DTK, wysyłające sygnał sterujący, jest połączone z trzecim wejściem procesora PRISC za pomocą dziewiątego przewodu elektrycznego oznaczonego 9. Wielofunkcyjne wejście/wyjście modułu SSOY jest połączone z wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem procesora PRISC za pomocą pierwszej magistrali sterującej MST1. Wielofunkcyjne wejście/wyjście modułu SSOX jest połączone z drugim wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem procesora PRISC za pomocą drugiej magistrali sterującej MST2. Wielofunkcyjne wejście/wyjście modułu MKSLQP jest połączone z trzecim wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem procesora PRISC za pomocą trzeciej magistrali sterującej MST3. Drugie wyjście procesora PRISC, wyprowadzające sygnał sterujący, jest połączone z drugim wejściem modułu SPEK1. Trzecie wyjście procesora PRISC, wyprowadzające sygnał sterujący, jest połączone z drugim wejściem modułu SPEKT2. Wyjście modułu SPEK1 jest połączone z drugim wejściem modułu KONW1 za pomocą pierwszej szyny odbierającej RX1 szeregowe dane RS232C. Trzecie wejście modułu SPEK1 jest połączone z wyjściem modułu KONW1 za pomocą pierwszej szyny nadającej TX1 szeregowe dane RS232C. Wyjście modułu SPEK2 jest połączone z drugim wejściem modułu KONW2 za pomocą drugiej szyny odbierającej TX2 szeregowe da8

PL 211 400 B1 ne RS232C. Wyjście umasione modułu SPEK1 i modułu KONW1 oraz modułu SPEK2 i modułu KONW2 są połączone z punktem o potencjalne odniesienia GND. Wielofunkcyjne wyjście/wejście modułu PRCA jest połączone z pierwszym wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem modułu KAPUSB za pomocą pierwszej szyny SUS1 przesyłającej dane USB2.0. Wielofunkcyjne wejście/wyjście modułu KONW1 jest połączone z drugim wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem modułu KPUSB za pomocą drugiej szyny SUS2, przesyłającej dane USB2.0. Wejście/wyjście wielofunkcyjne modułu KONW2 jest połączone z trzecim wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem modułu KPUSB za pomocą trzeciej szyny SUS3, przesyłającej dane USB2.0. Wielofunkcyjne wejście/wyjście modułu KONW3 jest połączone z czwartym wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem modułu KPUSB za pomocą czwartej szyny SUS4, przesyłającej dane USB2.0, przy czym dwa wielofunkcyjne wejścia/wyjścia modułu KONW3, przesyłające bity na USB, są połączone z dwoma wielofunkcyjnymi wyjściami/wejściami modułu PRISC, przesyłającymi bity na USB, za pomocą czwartej magistrali sterującej MST4 i piątej magistrali sterującej MST5. Piąte wielofunkcyjne wyjście/wejście modułu KPUSB jest połączone z wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym komputera PC za pomocą piątej szyny SUS5, przesyłającej dane USB2.0. Wyjście modułu LYAG jest połączone z torem optycznym TOPT za pomocą wysłanej wiązki laserowej WLAS. Tor optyczny TOPT jest utworzony z dwóch zwierciadeł płaskorównoległych ZW1, ZW2 pierwszego i drugiego, i z soczewki obustronnie wypukłej S o ogniskowej skupiającej w punkcie F, przy czym tor optyczny TOPT współdziała z modułem LJUS, z pierwszą diodą elektroluminescencyjną LED1, z drugą diodą elektroluminescencyjną LED2, ze światłowodem UV ŚWUV, ze światłowodem VIS ŚWVIS i z moduł em KAM. Pierwsze zwierciadło pł askorównoległ e ZW1 jest usytuowane pod ką tem 45° w stosunku do części wiązki laserowej WLAS o kierunku zgodnym z osią optyczną modułu LYAG i ma 99% odbicie przy pracy na długości fali 1064 nm i 1% transmisję w kierunku padania tej części wiązki laserowej WLAS. Drugie zwierciadło płaskorównoległe ZW2 jest usytuowane pod kątem 45° w stosunku do części wiązki laserowej WLAS odbitej od pierwszego zwierciadła płaskorównoległego ZW1 i ma 99% odbicie przy pracy na długości fali 1064 nm i około 1% transmisję w kierunku padania tej części wiązki laserowej WLAS. Soczewka obustronnie wypukła S o długości ogniskowej F + 43 mm jest usytuowana swoją osią optyczną równolegle do części wiązki laserowej WLAS odbitej pod kątem 45° od drugiego zwierciadła płaskorównoległego ZW2. Moduł KAM, mający układy ogniskujące obraz z powierzchni stolika pomiarowego SP na matrycy CCD, jest usytuowany przed drugim zwierciadłem płaskorównoległym ZW2 w takiej odległości, aby płaszczyzna obrazowa jego układu optycznego znajdowała się bardzo blisko płaszczyzny ogniskowej soczewki obustronnie wypukłej S, a oś optyczna tego modułu KAM pokrywała się z osią optyczną tej soczewki S. Światłowody ŚWUV, ŚWVIS pierwszy i drugi, mające układy ogniskujące obraz plazmy P na ich wejściach, są usytuowane przeciwległe po obu stronach osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej S, a ich osie optyczne zbiegają się w punkcie F tej soczewki S pod kątami około 40°, zapewniającymi wprowadzenie części promieniowania plazmy P do tych światłowodów ŚWUV, ŚWVIS. Pierwszy światłowód ŚWUV przenosi sygnał optyczny do światłowodowego wejścia modułu SPEK1. Drugi światłowód ŚWVIS przenosi sygnał optyczny do światłowodowego wejścia modułu SPEK2. Oś optyczna modułu LJUS jest nachylona pod kątem około 60° w odniesieniu do powierzchni próbki analizowanego materiału PM i zbiega się z osią optyczną soczewki obustronnie wypukłej S w punkcie F ogniskowej tej soczewki S, gdy analizowany materiał PM znajduje się w położeniu optymalnym. Diody elektroluminescencyjne LED1, LED2 są usytuowane przeciwległe po obu stronach osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej S i w czasie pracy laserowego spektroanalizatora emisyjnego oświetlają próbkę materiału analizowanego PM i stolik pomiarowy SP.

Pierwszy zasilacz napięcia stałego + 24 V, 2 A ZNS1 stanowi źródło zasilania modułu Laser Nd:YAG LYAG poprzez moduł Sterownik/Zasilacz Lasera Nd:YAG SZL, wytwarzający napięcie 1 kV o częstotliwości 1 Hz, i poprzez moduł Sterownik/Zasilacz Q-switch'a Lasera Nd:YAG, wytwarzającego napięcie 3 kV o częstotliwości 1 Hz, przy współdziałaniu modułu Układ Kondycjonujący Sterownik Lasera i Q-switch'a i Podświetlenia MKSLQP.

Drugi zasilacz napięcia stałego + 16 V, 1 A ZNS2 wytwarza niezbędne napięcie z odpowiednim wydatkiem prądowym do zasilania modułu Kamera KAM, modułu Sterownik Silnika 1 SSOY, modułu Sterownik Silnika 2 SSOX, modułu Przetwornik RCA na USB2.0 PRCA, modułu Konwerter 1 RS232C na USB KONW1, modułu Konwerter 2 RS232C na USB KONW2 i modułu Konwerter 3 8 bitów na USB KONW3.

Trzeci zasilacz napięcia stałego + 5 V, 2 A wytwarza niezbędne napięcie z odpowiednim wydatkiem prądowym do zasilania modułu Układ Kondycjonujący Sterownik Lasera i Q-switch'a i PodPL 211 400 B1 świetlenia MKSLQP, modułu Laser Justujący 670 nm, 1 nW LJUS, modułu Generator RC 150 Hz, 1/2 GRC, modułu Kondycjoner Sygnałów Ograniczeń KSO, modułu Procesor RISC PIC 16F8xx PRISC, modułu Spektrometr 1 UV SPEK1, modułu Spektrometr 2 VIS SPEK2, modułu Przetwornik RCA na USB2.0 PRCA i modułu Koncentrator Portów USB KPUSB, które realizują takie funkcje jak: detekcja sygnału optycznego 1064 nm w torze analizy, detekcja spektrów analizowanych substancji (matryca CCD), przetwarzanie sygnałów optycznych na sygnały elektryczne, konwersja sygnałów elektrycznych do wymaganego zakresu poziomu, kondycjonowanie sygnałów oraz danych, przetwarzanie A/C, C/A sygnałów elektrycznych, mikroprocesorowa obróbka sygnału, transmisja i retransmisja danych numerycznych, komunikacja USB I²C, RS232C pomiędzy poszczególnymi blokami urządzenia.

Do uzyskania wymaganego statycznego momentu rozruchu oraz kroku pracy zastosowanych modułów Silnik 1 S1 i Silnik 2 S2, które to silniki są silnikami krokowymi, niezbędne jest podanie napięcia zasilającego te moduły S1, S2 oraz dodatkowych sygnałów sterujących ich pracą. Ze względu na kompaktowe rozwiązania sterowania do uruchamiania tych modułów S1, S2 niezbędne jest podanie napięcia + 16 V, 1 A oraz cyfrowych sygnałów TTL włączających i wyłączających pracę tych modułów S1, S2, a także zadających kierunek przesuwu danego modułu Silnik 1 S1 i modułu Silnik 2 S2, jak również podanie sygnałów zegarowych w standardzie TTL o częstotliwości 150 Hz, inicjujących kroki w pracy tych modułów S1, S2. Scalone moduły Sterownik Silnika 1 SSOY i Sterownik Silnika 2 SSOX wypracowują na swoich wyjściach przebiegi o odpowiednich parametrach elektrycznych takich jak: napięcie, prąd, faza i czas trwania, którymi można bezpośrednio sterować zastosowane silniki krokowe, umożliwiające precyzyjne sterowanie ruchem obrotowym ich osi. Ponieważ w rozwiązaniu ruch osi silnika krokowego przetwarzany jest na ruch liniowy stolika pomiarowego SP, to w efekcie otrzymuje się bardzo precyzyjne przemieszczenie próbki analizowanego materiał u PM. Zadając krok silnika krokowego można z dokładnością do 1/10 mm zrealizować ustawienie próbki w dwu osiach przesuwu OX, OY.

Moduł Sterownik/Zasilacz Lasera Nd:YAG 1064 nm SZL stanowi przetwornica push-pull ze scalonym układem PFC, czyli korekcją współczynnika mocy. Ten moduł SZL zapewnia na swoim wyjściu napięcie 1 kV DC oraz energię 5,8 J zgromadzoną na pojemności 20 gF. Taki wydatek energetyczny jest niezbędny do wytworzenia impulsu na lampie pompującej umieszczonej w laserze Nd:YAG. Ten rodzaj modułu SZL charakteryzuje praca obwodu wyjściowego w takt impulsów sterujących podawanych poprzez moduł Układ Kondycjonujący Sterownik Lasera i Q-switch'a i Podświetlenia MKSLQP z procesora PRISC.

Moduł Sterownik/Zasilacz Q-switch'a Lasera Nd:YAG 1064 nm SZQL stanowi przetwornica push-pull ze scalonym układem PFC, czyli korekcją współczynnika mocy, rozbudowanym o powielacz na wyjściu układu generującego wysokonapięciowe impulsy elektryczne. Moduł SZQL dostarcza impulsy elektryczne o napięciu 1 kV, i czasie trwania rzędu 1 ns, polaryzujące kryształ KDP zawartej w tym module SZQL komórki Pockels'a, będący modulatorem dobroci obwodu optycznego toru wzbudzenia lasera Nd:YAG. Główną cechą tego modułu SZGL jest to, iż omówione impulsy elektryczne są generowane na jego wyjściu w takt impulsów sterujących podawanych na jego wejście z modułu Układ Kondycjonujący Sterownik Lasera i Q-switch'a i Podświetlenia MKSLQP.

Moduł Laser Nd:YAG 1064 nm LYAG zawiera zintegrowaną, chłodzoną powietrzem głowicę, pracującą z maksymalną częstotliwością 1 Hz. Głowica modułu LYAG zawiera w swojej zwartej budowie niezbędne elementy optyczne, tworzące generator, rezonator, modulator i wyjście. W skład tego modułu LYAG wchodzą: kryptonowoksenonowa lampa błyskowa, umieszczona wraz z prętem Nd:YAG w specjalnie skonstruowanym odbłyśniku, która w odpowiedzi na impuls modułu Sterownik/Zasilacz Lasera Nd:YAG 1064 nm SZL wytwarza impuls optyczny światła białego o tak dobranej charakterystyce spektralnej, iż powoduje optymalną inwersję obsadzeń w pręcie Nd:YAG, który jest aktywnym optycznie elementem, stanowiącym walec o wymiarach 0 = 4 mm o długości 1 = 50 mm, w odpowiednich proporcjach domieszkowany pierwiastkami (Yterb, Aluminium) i jest bazowym prętem neodymowym (Nd), który pobudzony impulsem optycznym lampy błyskowej generuje wiązkę fotonów o długości fali 1064 nm; zwierciadła optyczne o takich parametrach, iż wraz z zastosowanym prętem Nd:YAG tworzą rezonator optyczny, wzmacniający strumień wygenerowanych pierwotnie fotonów o długości 1064 nm; komórka Pockels'a, zwana również Q-switch'em, pełni funkcję modulacji dobroci toru optycznego na drodze wzbudzonych fotonów i powoduje zmianę parametrów impulsu optycznego takich jak: czasu trwania równego 10 ns, energii impulsu równej 40 mJ, mocy impulsu równej 4 MW;

PL 211 400 B1 wyjście toru optycznego będące jednym ze zwierciadeł rezonatora, który pełniąc podwójną funkcję zapewnia zwartość konstrukcji.

Moduł Detektora 1064 nm DTK jest elementem półprzewodnikowym typu fotodioda, mającym tak dobraną charakterystykę spektralną oraz parametry elektryczne, iż jest w stanie zdetekować słaby impuls na długości fali 1064 nm i w odpowiedzi wygenerować impuls elektryczny w standardzie TTL z bardzo krótkim czasem zwł oki. Moduł ten DTK wypracowuje cyfrowy sygnał elektryczny z moż liwoś cią przestrajania opóź niania tegoż sygnał u w stosunku do impulsu optycznego 1064 nm. Zadaniem tego modułu DTK jest zainicjowanie momentu uruchomienia modułu Spektrometr 1 UV SPEK1 i modułu Spektrometr 2 VIS SPEK 2, analizujących widmo plazmy P próbki analizowanego materiału PM.

Moduł Spektrometr 1 UV SPEK1, działający w zakresie 190 nm do 330 nm oraz moduł Spektrometr 2 VIS SPEK2, działający w zakresie 440 nm do 560 nm, są urządzeniami optycznymi, realizującymi dyspersję wejściowego sygnału optycznego i przetworzenie danych o wybranym swoim fragmencie na cyfrowy sygnał elektryczny w standardzie RS232 z zastosowaniem odpowiedniego protokołu wymiany informacji z procesorem PRISC. W swojej budowie moduły SPEK1, SPEK2 zawierają szczelinę wejściową, siatkę dyfrakcyjną, linijkę CCD i układy scalone, realizujące komunikację elektroniczną moduł SPEK1, SPEK2 - procesor PRISC. Zastosowane moduły SPEK1, SPEK2 stanowią o rozdzielczoś ci urzą dzenia, która w tym przypadku wynosi 0,1 nm. Współ czynnik przetwarzania, mówiący o jakości modułu SPEK1 dla zakresu 190 nm do 220 nm, wynosi 1400, natomiast o jakości modułu SPEK2 dla zakresu 440 nm do 560 nm wynosi 1200.

Moduł Kamera KAM jest pomocniczym elementem optycznym z zastosowaniem matrycy CCD, pozwalającym na bezpieczne obserwowanie pola pomiarowego na stoliku pomiarowym SP. Moduł ten KAM jest używany do właściwego pozycjonowania próbki materiału analizowanego PM. Obraz przesłany z modułu KAM do aplikacji sterującej jest zapisywany przed pomiarem i po pomiarze próbki i umieszczany z pozostał ymi danymi analitycznymi w bazie danych o tej próbce. Zastosowany moduł KAM realizuje czarno-biały obraz w typowej rozdzielczości 320x240 pikseli z odświeżaniem 5 Hz.

Procesor PRISC jest rozbudowanym modułem cyfrowej obróbki i transportu danych, realizującym komunikację użytkownika z głównymi modułami i funkcjami urządzenia i zapewniającym również wstępną obróbkę danych i ich kondycjonowanie. W skład tego procesora PRISC wchodzi specjalizowany procesor 20 MHz, pamięć RAM, pamięć ROM i Flash, bufory danych, bufory sygnałowe, przetworniki, transkodery protokołów danych, nadajniki i odbiorniki szyny USB oraz RS232. Procesor PRISC został tak zaprojektowany, że umożliwia realizację następujących funkcji: wymiana danych z dedykowaną aplikacją zainstalowaną na nowoczesnym komputerze PC klasy PC; sterowanie silnikami krokowymi poprzez moduły Sterownik Silnika 1 SSOY i Sterownik Silnika 2 SSOX; odbiór sygnałów z ograniczników OY1, OY2 i OX1, OX2 przesuwu stolika pomiarowego SP wzdłuż osi wertykalnej OY i wzdłuż osi horyzontalnej OX poprzez moduł Kondycjoner Sygnałów Ograniczeń KSO; generacja impulsu wyzwolenia modułu Laser Nd:YAG 1064 nm LYAG poprzez moduły Układ Kondycjonujący Sterownik Lasera i Q-switch'a i Podświetlenia MKSLQP i Sterownik/Zasilacz Lasera Nd:YAG 1064 nm SZL; odbiór detekowanego sygnału 1064 nm z modułu Detektor 1064 nm DTK; odbiór cyfrowych danych z modułu Kamera KAM; wysłanie komend nastaw do modułów Spektrometr 1 UV SPEK1 i Spektrometr 2 VIS SPEK2; odbiór danych cyfrowych z modu ł ów SPEK1 i SPEK2; wypracowanie komend i sygnałów według zapisanego programu sterującego.

Na komputerze PC, współpracującym z laserowym spektroanalizatorem emisyjnym, została zainstalowana dodatkowa aplikacja sterująca, której uruchomienie stwarza możliwość wykonania następujących wątków: uzyskanie komunikacji z laserowym spektroanalizatorem emisyjnym po szynie USB; wpisanie parametrów konfiguracyjnych do modułów SPEK1 i SPEK2; odbiór i wyświetlenie w oknie aplikacji ruchomego obrazu z modułu KAM obserwującego pole pomiarowe na stoliku pomiarowym SP, przy czym ruchomy obraz jest odświeżany co 0,2 s; odbiór i rejestracja w pliku bazy danych statycznego obrazu z modułu KAM zarejestrowanego przed analizą i po analizie; ciągły (z minimalnym ziarnem) przesuw stolika pomiarowego SP wzdłuż osi wertykalnej OY i osi horyzontalnej OX w zadanym przez ograniczniki OY1, OY2 lub OX1, OX2 zakresie; przesuw stolika pomiarowego SP od punku do punktu z ustaloną odległością miedzy punktami; pojedyncze wyzwalanie modułu LYAG; wyzwalanie modułu LYAG w cyklu pomiarowym (zadanie liczby strzałów oczyszczających oraz liczby strzałów pomiarowych); odbiór i wykreślenie kształtu widma analizowanej substancji; uśrednienie sygnału odebranych widm; edycja bazy danych o pierwiastkach; wyświetlenie wzorcowych, charakterystycznych linii pierwiastków z zakresu N3 do N92; zapis widma w postaci mapy bitowej; odczyt informacji o anaPL 211 400 B1 lizie z zapisanej wcześniej bazy danych, czyli opisu próbki materiału analizowanego PM, obrazu przed analizą i po analizie, widma poszczególnych strzałów pomiarowych i widma uśrednionego, odczyt widma z zakresu 190 nm do 330 nm i widma z zakresu 440 nm do 560 nm, nastawy przesuwu stolika pomiarowego SP, liczby punktów pomiarowych, liczby strzałów oczyszczających, liczby strzałów pomiarowych, kierunku przesuwu stolika pomiarowego SP, daty rejestracji, czasu rejestracji, parametrów konfiguracji modułów SPEK1 i SPEK2.

Laserowy spektroanalizator emisyjny działa następująco. Wiązka laserowa WLAS kierowana jest za pomocą zwierciadeł płaskorównoległych ZW1, ZW2 odbijających pod kątami 45° dla długości fali 1064 nm. Następnie wiązka laserowa WLAS jest ogniskowana za pomocą soczewki obustronnie wypukłej S na powierzchni próbki materiału analizowanego PM. Zogniskowanie wiązki laserowej WLAS pozwala osiągnąć gęstość mocy promieniowania powodującą przebicie i wytworzenie plazmy P z niewielkiej ilo ś ci analizowanego materiał u PM. Masa analizowanego materiał u PM, odparowana w trakcie przebicia laserowego, jest rzę du μ g i zależ y od rodzaju tego materiał u PM. Ustawienie powierzchni analizowanego materiału PM w płaszczyźnie ogniskowej F soczewki S odbywa się za pomocą przesuwu stolika pomiarowego SP wzdłuż osi wertykalnej OY i osi horyzontalnej OX. Właściwe ustawienie stolika pomiarowego SP w osi wertykalnej OY umożliwia system obserwacji modułu KAM oraz modułu LJUS, emitującego promieniowanie o długości fali 670 nm barwy czerwonej. Obraz powierzchni analizowanego materiału PM, widziany przez moduł KAM, jest przekazywany do komputera PC poprzez moduł PRCA, pierwszą szynę SUS1, przesyłającą dane USB2.0, moduł KPUSB i piątą szynę SUS5, przesyłającą dane USB2.0. Układ optyczny modułu KAM składa się z obiektywu, zwierciadła i soczewki. Zwierciadło modułu KAM jest całkowicie odbijające dla długości fali 1064 nm, w zakresie widzialnym promieniowania optycznego jest ono przepuszczalne. Umoż liwia to obserwację powierzchni analizowanego materiału PM. Dodatkowym układem, ułatwiającym ustawienie stolika pomiarowego SP, jest moduł LJUS. Wiązka promieniowania laserowego modułu LJUS oświetla powierzchnię analizowanego materiału PM pod kątem około 60°. Dzięki temu punkt, w którym wiązka laserowa modułu LJUS pada na powierzchnię analizowanego materiału PM zmienia swoje położenie w osi prostopadł ej względem osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej S przy zmianie położenia stolika pomiarowego SP w osi pionowej. Punkt ten pokrywa się z ogniskiem F soczewki obustronnie wypukłej S tylko wtedy, gdy analizowany materiał PM znajduje się w optymalnym położeniu. Stolik pomiarowy SP umożliwia przemieszczanie analizowanego materiału PM w kierunku poziomym. Wykorzystywane jest to w trakcie wykonywania badań do zmiany punktu pomiarowego na powierzchni analizowanego materiału PM. Pozwala to oszacować niejednorodność struktury analizowanego materiału PM.

Rejestracja widma promieniowania plazmy P odbywa się za pomocą dwóch spektrometrów (modułów SPEK1 i SPEK2) z wejściem światłowodowym (ŚWUV, ŚWVIS). Zbieranie promieniowania plazmy P odbywa się bez dodatkowych układów optycznych. Koniec światłowodu ŚWUV, ŚWVIS jest zakończony oprawą umieszczoną w uchwycie, usytuowanym pod kątem około 40° i zapewniającym wprowadzenie części promieniowania UV, VIS plazmy P do światłowodu ŚWUV, ŚWVIS. Układ światłowodu ŚWUV, ŚWVIS jest kompletnym blokiem nie wymagającym regulacji. Rejestracja promieniowania UV, VIS plazmy P odbywa się po upływie ok. 20 μs od impulsu promieniowania modułu LYAG.

Moduły MKSLQP, SZL, SZQL, LYAG, LJUS, KAM, DTK, GRC, SSOX, SSOY, S1, S2, KSO, PRCA, SPEK1, SPEK2, KONW1, KONW2, KONW3, KPUSB, ŚWUV, ŚWVIS i PRISC są modułami konwencjonalnymi, a wykorzystanie ich parametrów technicznych zależy w tym przypadku od oprogramowania procesora PRISC.

Upraszczając układ modułowo-elementowy laserowego spektroanalizatora emisyjnego, można go przedstawić w postaci układu blokowo-elementowego. Blok Sterownik Kondycjonujący SMKSLQ spełnia funkcje modułu MKSLQP i modułu SZL. Blok Laser Nd:YAG spełnia funkcje modułu SZQL i modułu LYAG. Blok Konwersja Sygnałów Cyfrowych KKPUSB spełnia funkcje modułu KONW1, modułu KONW2, modułu KONW3 i modułu KPUSB. Blok Sterownik Silnika 1 KSSOY spełnia funkcje modułu SSOY i modułu S1. Blok Sterownik Silnika 2 KSSOX spełnia funkcje modułu SSOX i modułu S2. Blok Stolik Pomiarowy Przesuwny SPP spełnia funkcje stolika pomiarowego SP. Blok Kondycjoner Sygnałów Ograniczeń BKSO spełnia funkcje modułu KSO z ogranicznikami OY1, OY2 przesuwu po osi wertykalnej OY i OX1, OX2 po osi horyzontalnej OX. Blok Tor Optyczny Zespolony ZTOPT spełnia funkcje modułu TOPT, pierwszej diody elektroluminescencyjnej LED1 i drugiej diody elektroluminescencyjnej LED2. Blok Zasilacz Trójnapięciowy PZAS spełnia funkcje modułu PAD, modułu ZAS1, modułu ZAS2 i modułu ZAS3. Blok Procesor BPRISC spełnia funkcję modułu PRISC.

PL 211 400 B1

Blok Spektrometr UV BSPEK1 spełnia funkcję modułu SPEK1. Blok Spektrometr VIS spełnia funkcję modułu SPEK2. Blok Przetwornik RCA BPRCA spełnia funkcję modułu PRCA. Blok Generator

BGRC spełnia funkcję modułu GRC. Blok Kamera BKAM spełnia funkcję modułu KAM. Blok Laser

Justujący BLJUS spełnia funkcje modułu LJUS.

Laserowy spektroanalizator emisyjny w układzie blokowo-elementowym jest utworzony następująco. Wyjście zasilające w energię elektryczną bloku PZAS - Zasilacza Trójnapięciowego jest połączone z wejściem zasilającym bloku Konwersja Sygnałów Cyfrowych KKPUSB, z wejściem zasilającym bloku Sterownik Kondycjonujący SMKSLQ, z wejściem zasilającym bloku Laser Nd:YAG SZYAG, z wejściem zasilającym bloku Procesor BPRISC, z wejściem zasilającym bloku Spektrometr UV BSPEK1, z wejściem zasilającym bloku Spektrometr VIS BSPEK2, z wejściem zasilającym bloku Przetwornik RCA BPRCA, z wejściem zasilającym bloku Kamera BKAM, z wejściem zasilającym bloku Generator BGRC, z wejściem zasilającym bloku Sterownik Silnika 1 KSSOY, z wejściem zasilającym bloku Sterownik Silnika 2 KSSOX, z wejściem zasilającym bloku Kondycjoner Sygnałów Ograniczeń i z wejściem zasilającym bloku Laser Justujący BLJUS, przy czym przewód elektryczny ZS reprezentuje połączenia biegunów dodatnich i ujemnych modułów ZNS1, ZNS2, ZNS3 z pierwszym wejściem i pierwszym wyjściem modułów SZQL, SZL, LYAG, LJUS, KAM, KSO, SSOY, SSOX, S1, S2, PRISC, PRCA, SPEK1, SPEK2, KONW1, KONW2, KONW3 i KPUSB. Pierwsze wyjście bloku BPRISC jest połączone z pierwszym wejściem bloku BSPEK1 i z pierwszym wejściem bloku BSPEK2 za pomocą pierwszego przewodu elektrycznego PE1, przy czym pierwszy przewód elektryczny reprezentuje połączenia drugiego wyjścia modułu PRISC z drugim wejściem modułu SPEK1 i trzeciego wyjścia modułu PRISC z drugim wejściem modułu SPEK2. Pierwsze wejście/wyjście wielofunkcyjne bloku BPRISC jest połączone z wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym bloku SMKSLQ za pomocą trzeciej magistrali sterującej MST3. Drugie wyjście/wejście wielofunkcyjne bloku BPRISC jest połączone z pierwszym wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym bloku KKPUSB za pomocą czwartej magistrali sterującej MST4/5, przy czym czwarta magistrala sterująca MST4/5 reprezentuje połączenia dwu wejść/wyjść bitowych modułu PRISC z dwoma wyjściami/wejściami bitowymi modułu KONW3. Trzecie wielofunkcyjne wejście/wyjście bloku BPRISC jest połączone z wyjściem/wejściem wielofunkcyjnym bloku KSSOY za pomocą pierwszej magistrali sterującej MST1, przy czym pierwsza magistrala sterująca MST1 reprezentuje połączenie pierwszego wejścia/wyjścia wielofunkcyjnego modułu PRISC z wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym modułu SSOY. Czwarte wielofunkcyjne wejście/wyjście bloku BPRISC jest połączone z wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem bloku KSSOX za pomocą drugiej magistrali sterującej MST2, przy czym druga magistrala sterująca MST2 reprezentuje połączenie drugiego wyjścia/wejścia modułu PRISC z wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem modułu KSSOX. Drugie wejście bloku BPRISC jest połączone z wyjściem bloku DTK za pomocą drugiego przewodu elektrycznego PE2, przy czym drugi przewód elektryczny PE2 reprezentuje połączenie wyjścia modułu DTK z trzecim wejściem modułu PRISC. Trzecie wejście bloku BPRISC jest połączone z wyjściem bloku BKSO za pomocą trzeciego przewodu elektrycznego PE3, przy czym trzeci przewód elektryczny PE3 reprezentuje połączenie drugiego wyjścia modułu KSO z drugim wejściem modułu PRISC. Wyjście bloku BGRC jest połączone z drugim wejściem bloku KSSOY i z drugim wejściem bloku KSSOX za pomocą czwartego przewodu elektrycznego PE4, przy czym czwarty przewód elektryczny PE4 reprezentuje połączenie drugiego wyjścia modułu GRC z drugim wejściem modułu SSOY i z drugim wejściem modułu SSOX. Blok KSSOY jest mechanicznie sprzęgnięty ze stolikiem pomiarowym SP, którego przesuw wzdłuż osi wertykalnej OY jest ograniczony za pomocą ograniczników OY1 i OY2 bloku BKSO. Blok KSSOX jest mechanicznie sprzęgnięty ze stolikiem pomiarowym SP, którego przesuw wzdłuż osi horyzontalnej OX jest ograniczony za pomocą ograniczników OX1 i OX2 bloku BKSO. Wyjście bloku SMKSLQ jest połączone z drugim wejściem bloku SZYAG za pomocą piątego przewodu elektrycznego PE5, który reprezentuje połączenie drugiego wejścia modułu MKSLQP z trzecim wyjściem modułu SZQL, trzeciego wyjścia modułu MKSLQP z trzecim wejściem modułu SZQL, dodatniego bieguna modułu SZL z drugim wejściem modułu LYAG i pierwszego wyjścia modułu LYAG z drugim wejściem modułu SZL. Wyjście bloku SZYAG jest połączone optycznie z pierwszym wejściem bloku ZTOPT za pomocą wysyłanej wiązki laserowej WLAS. Wyjście bloku BLJUS jest połączone optycznie z drugim wejściem bloku ZTOPT za pomocą wysyłanej wiązki laserowej WJUS. Pierwsze wyjście bloku ZTOPT jest połączone optycznie z próbką materiału analizowanego PM i plazmą P usytuowanych na stoliku pomiarowym SP za pomocą tej samej wiązki laserowej WLAS, wytwarzanej przez blok SZYAG. Drugie wyjście bloku ZTOPT jest połączone optycznie z blokiem BKAM za pomocą wiązki światła WŚ. Trzecie wyjście bloku ZTOPT jest połączone optycznie

PL 211 400 B1 z trzecim wejś ciem bloku BSPEK1 za pomocą pierwszej wiązki promieniowania UV plazmy P i za pomocą pierwszego światłowodu ŚWUV. Czwarte wyjście bloku ZTOPT jest połączone optycznie z trzecim wejś ciem bloku BSPEK2 za pomocą drugiej wiązki promieniowania VIS plazmy P i za pomocą drugiego światłowodu ŚWVIS. Wyjście bloku BSPEK1 jest połączone z drugim wejściem bloku KKPUSB za pomocą szóstego przewodu elektrycznego PE6, przy czym szósty przewód elektryczny PE6 reprezentuje połączenie trzeciego wejścia modułu SPEK1 z wyjściem modułu KONW1 za pomocą pierwszej szyny nadającej TX1 i pierwszego wyjścia modułu SPEK1 z drugim wejściem modułu KONW1 za pomocą pierwszej szyny odbierającej RX1. Wyjście bloku BSPEK2 jest połączone z trzecim wejściem bloku KKPUSB za pomocą siódmego przewodu elektrycznego PE7, przy czym siódmy przewód elektryczny PE7 reprezentuje połączenie wyjścia modułu KONW2 z trzecim wejściem modułu SPEK2 za pomocą drugiej szyny nadającej TX2 i wyjścia modułu SPEK2 z drugim wejściem modułu KONW2 za pomocą drugiej szyny odbierającej RX2. Wyjście bloku BKAM jest połączone z drugim wejściem bloku BPRCA za pomocą ósmego przewodu elektrycznego PE8. Przy czym ósmy przewód elektryczny PE8 reprezentuje połączenie wyjścia modułu KAM z drugim wejściem modułu PRCA. Wielofunkcyjne wyjście/wejście bloku BPRCA jest połączone z drugim wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem bloku KKPUSB za pomocą pierwszej szyny SUS1 przesyłającej dane USB2.0, przy czym pierwsza szyna SUS1 reprezentuje połączenie wielofunkcyjnego wejścia/wyjścia modułu PRCA z pierwszym wielofunkcyjnym wyjś ciem/wejś ciem moduł u KPUSB. Trzecie wielofunkcyjne wejście/wyjście bloku KKPUSB jest połączone z wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem komputera PC za pomocą piątej szyny SUS5, przy czym piąta szyna SUS5 reprezentuje połączenie piątego wielofunkcyjnego wejścia/wyjścia modułu KPUSB z wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem tego komputera PC.

Wykaz oznaczeń

- pierwszy przewód oznaczony elektryczny

- drugi przewód oznaczony elektryczny

- trzeci przewód oznaczony elektryczny

- czwarty przewód oznaczony elektryczny

- piąty przewód oznaczony elektryczny

- szósty przewód oznaczony elektryczny

- siódmy przewód oznaczony elektryczny

- ósmy przewód oznaczony elektryczny

- przewód oznaczony elektryczny

- przewód oznaczony elektryczny

BGRC - blok Generator

BLJUS - blok Laser Justujący

BKAM - blok Kamera

BPRCA - blok Przetwornik RCA

BPRISC - blok Procesor

BSPEK1 - blok Spektrometr UV

BSPEK2 - blok Spektrometr VIS

DTE - moduł Detektor

GRC - moduł Generator RC 150 Hz, 1/2

GND - punkt o potencjale odniesienia

KONW1 - moduł Konwerter 1 RS232C na USB

KONW2 - moduł Konwerter 2 RS232C na USB

KONW3 - moduł Konwerter 3 RS232C na USB

KPUSB - moduł Koncentrator Portów USB

KAM - moduł Kamera

KKPUSB - blok Konwersja Sygnałów Cyfrowych

LED1 - pierwsza dioda elektroluminescencyjna

LED2 - druga dioda elektroluminescencyjna

LJUS - moduł Laser Justujący 670 nm, 1 mW

KSSOY - blok Sterownik Silnika 1

KSSOY - blok Sterownik Silnika 2

MKSLQP - moduł Układ Kondycjonujący Sterownik Lesera i Q-switch'a i Podświetlenia KSO - moduł Kondycjoner Sygnałów Ograniczeń

PL 211 400 B1

MST1 MST2 MST3 MST4 MST5 LYAG OX OX1 OX2 OY OY1 OY2 P PAD PE1 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6 PE7 PE8 PM PRCA PRISC PZAS RX1 RX2 S F 51 52 SE SSOX SSOY SP SPEK1 SPEK2 SMKSLQ SUS1 SUS2 SUS3 SUS4 SUS5 SZL SZGL ŚWUV ŚWVIS SZYAG TOPT UV VIS WLAS WŚ ZNS1 ZNS2 pierwsza magistrala sterująca druga magistrala sterująca trzecia magistrala sterująca czwarta magistrala sterująca piąta magistrala sterująca moduł Laser Nd:YAG oś horyzontalna pierwsza para styków ograniczających przesuw po osi OX druga para styków ograniczających przesuw po osi OZ oś wertykalna pierwsza para styków ograniczających przesuw po osi OY druga para styków ograniczających przesuw po osi OY plazma moduł zasilania energią elektryczną pierwszy przewód elektryczny reprezentujący połączenia modułów drugi przewód elektryczny reprezentujący połączenia modułów trzeci przewód elektryczny reprezentujący połączenia modułów czwarty przewód elektryczny reprezentujący połączenie modułów piąty przewód elektryczny reprezentująca połączenia modułów szósty przewód elektryczny reprezentujący połączenia modułów siódmy przewód elektryczny reprezentująca połączenia modułów ósmy przewód elektryczny reprezentujący połączenia modułów próbka materiału analizowanego moduł Przetwornik RCA na USB2.0 procesor blok Zasilacz Trójnapięciowy pierwsze szyna odbierająca szeregowe dane RS232C druga szyna odbierająca szeregowe dane RS232C soczewka obustronnie wypukła punkt ogniskowej soczewki S moduł Silnik 1 moduł Silnik 2 sieć energetyczna 230 V, 50 Hz moduł Sterownik Silnika 1 moduł Sterownik Silnika 2 stolik pomiarowy moduł Spektrometr 1 UV moduł Spektrometr 2 VIS blok Sterownik Kondycjonujący pierwsza szyna przesyłająca dane USB2.0 druga szyna przesyłająca dane USB2.0 trzecia szyna przesyłająca dane USB2.0 czwarta szyna przesyłająca dane UBB2.0 piąta szyna przesyłająca dane USB2.0 moduł Sterownik/Zasilacz Lasera 1064 nm, 300 W, 1 Hz, 1 kV moduł Sterownik/Zasilacz Q-switch'a Lasera 1064 nm, 1 Hz, 3 kV pierwszy światłowód UV drugi światłowód VIS blok Laser Nd:YAG tor optyczny pierwsze wiązka promieniowania plazmy P druga wiązka promieniowania plazmy P wiązka laserowe wiązka światła pierwszy zasilacz napięcia stałego + 24 V, 2 A drugi zasilacz napięcia stałego +16 V, 1 A

PL 211 400 B1

ZNS3 ZTOPT ZS ZW1 ZW2 trzeci zasilacz napięcia stałego + 5 V, 2 A zespolony tor optyczny przewód elektryczny spełniający funkcje połączeń biegunów dodatnich i ujemnych modułów ZES1, ZKS2, ZNS3 z wejściami i wyjściami wszystkich modułów pierwsze zwierciadło płaskorównoległe drugie zwierciadło płaskorównoległe.

Claims (2)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Laserowy spektroanalizator emisyjny, zawiera zasilacz trójnapięciowy, którego wyjście zasilające jest połączone z wejściem zasilającym Konwersji Sygnałów Cyfrowych, Sterownika Kondycjonującego, Lasera Nd:YAG, Procesora, Spektrometra UV, Spektrometra VIS, Detektora, Przetwornika RCA, Kamery, Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń, Sterownika Silnika 1, Sterownika Silnika
2. 2, Generatora, przy czym pierwsze wyjście Procesora jest połączone z pierwszym wejściem Spektrometra UV i Spektrometra VIS, pierwsze wielofunkcyjne wejście/wyjście Procesora jest połączone z wielofunkcyjnym wyjściem/wejściem Sterownika Kondycjonującego, drugie wyjście/wejście wielofunkcyjne Procesora jest połączone z wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym Konwersji Sygnałów Cyfrowych, trzecie wielofunkcyjne wyjście/wejście Procesora jest połączone z wejściem/wyjściem wielofunkcyjnym Sterownika Silnika 1, czwarte wielofunkcyjne wyjście/wejście Procesora jest połączone z wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem Sterownika Silnika 2, drugie wejście Procesora jest połączone z wyjściem Detektora, trzecie wejście Procesora jest połączone z wyjściem Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń, wyjście Generatora jest połączone z drugim wejściem Sterownika Silnika 1 i z drugim wejściem Sterownika Silnika 2, Sterownik Silnika 1 jest mechanicznie sprzęgnięty ze Stolikiem Pomiarowym, którego przesuw wzdłuż osi wertykalnej jest ograniczony za pomocą pierwszej pary ograniczników Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń, Sterownik Silnika 2 jest mechanicznie sprzęgnięty ze Stolikiem Pomiarowym, którego przesuw wzdłuż osi horyzontalnej jest ograniczony za pomocą drugiej pary ograniczników Kondycjonera Sygnałów Ograniczeń, wyjście Sterownika Kondycjonującego jest połączone z drugim wejściem Lasera Nd:YAG, wyjście Lasera Nd:YAG jest połączone optycznie z pierwszym wejściem Toru Optycznego Zespolonego za pomocą wysyłanej wiązki laserowej, pierwsze wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z próbką materiału analizowanego i plazmą usytuowanych na Stoliku Pomiarowym za pomocą tej samej wiązki laserowej, drugie wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z Kamerą za pomocą wiązki światła, trzecie wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z trzecim wejściem Spektrometra UV za pomocą pierwszej wiązki promieniowania UV plazmy i za pomocą pierwszego światłowodu, czwarte wyjście Toru Optycznego Zespolonego jest połączone optycznie z trzecim wejściem Spektrometra VIS za pomocą drugiej wiązki promieniowania VIS plazmy i za pomocą drugiego światłowodu, wyjście Spektrometra UV jest połączone z drugim wejściem Konwersji Sygnałów Cyfrowych, wyjście Spektrometra VIS jest połączone z trzecim wejściem Konwersji Sygnałów Cyfrowych, wyjście Kamery jest połączone z drugim wejściem Przetwornika RCA, wielofunkcyjne wyjście/wejście Przetwornika RCA jest połączone z drugim wielofunkcyjnym wejściem/wyjściem Konwersji Sygnałów Cyfrowych za pomocą pierwszej szyny, znamienny tym, że Tor Optyczny Zespolony (ZTOPT), bezpośrednio współdziałający z Laserem Nd:YAG (SZYAG), Kamerą (BKAM), ze Spektrometrem UV (BSPEK1) i ze Spektrometrem VIS (BSPEK2), zawierający dwa zwierciadła płaskorównoległe (ZW1, ZW2) i soczewkę obustronnie wypukłą (S) o ogniskowej skupiającej w punkcie F, jest zespolony z Laserem Justującym (BLJUS), z dwiema diodami elektroluminescencyjnymi (LED1, LED2), ze światłowodem (ŚWUV) Spektrometra UV (BSPEK1) i ze światłowodem (ŚWVlS) Spektrometra VIS (BSPEK2), przy czym pierwsze zwierciadło płaskorównoległe (ZW1) jest usytuowane pod kątem 45° w stosunku do części wiązki laserowej (WLAS) o kierunku zgodnym z osią optyczną Lasera Nd:YAG (SZYAG) i ma 99% odbicie przy pracy na długości fali 1064 nm i 1% transmisję w kierunku padania tej części wiązki laserowej (WLAS), zaś drugie zwierciadło płaskorównoległe (ZW2) jest usytuowane pod kątem 45° w stosunku do części wią zki laserowej (WLAS) odbitej od pierwszego zwierciadł a pł askorównoległ ego (ZW1) i ma 99% odbicie przy pracy na długości fali 1064 nm i około 1% transmisję w kierunku padania tej części wiązki laserowej (WLAS), a soczewka obustronnie wypukła (S) o długości ogniskowej (F) +43 mm jest usytuowana swoją osią optyczną równolegle do części wiązki laserowej (WLAS) odbitej

   PL 211 400 B1 pod kątem 45° od drugiego zwierciadła płaskorównoległego (ZW2), poza tym Kamera (BKAM), mająca układy ogniskujące obraz z powierzchni Stolika Pomiarowego (SPP) na matrycy CCD, jest usytuowana przed drugim zwierciadłem płaskorównoległym (ZW2) w takiej odległości, aby płaszczyzna obrazowa jej układu optycznego znajdowała się bardzo blisko płaszczyzny ogniskowej soczewki obustronnie wypukłej (S), a oś optyczna tej Kamery (BKAM) pokrywała się z osią optyczną tej soczewki (S), ponadto światłowód (ŚWUV) Spektrometra UV (BSPEK1) i światłowód (ŚWVIS) Spektrometra VIS (BSPEK2), mające układy ogniskujące obraz plazmy (P) na ich wejściach, są usytuowane przeciwległe po obu stronach osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej (S), a ich osie optyczne zbiegają się w punkcie ogniskowej (F) tej soczewki (S) pod kątami około 40°, zaś oś optyczna Lasera Justującego (BLJUS) jest nachylona pod kątem około 60° w odniesieniu do powierzchni próbki analizowanego materiału (PM) i zbiega się z osią optyczną soczewki obustronnie wypukłej (S) w jej punkcie ogniskowej (F), a diody elektroluminescencyjne (LED1, LED2) są usytuowane przeciwległe po obu stronach osi optycznej soczewki obustronnie wypukłej (S).