基于激光诱导击穿光谱技术的固体粉末在线检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的固体粉末在线检测装置，属于原子发射光谱测量技术领域。
【背景技术】
[0002]激光诱导击穿光谱技术(Laser-1nducedbreakdown spectroscopy，简称 LIBS)，又称激光诱导等离子光谱技术，是二十世纪后期发展起来的一种全新的物质元素分析技术。激光诱导击穿光谱技术的工作原理是:强激光脉冲作用下，样品表面的物质被激发成为等离子体并迅速衰减，在衰减过程中辐射出特定频率的光子，产生特征谱线，其频率和强度信息包含了分析对象的元素种类和浓度信息。激光诱导击穿光谱技术运行成本低，测量速度快，具有高灵敏度、无需或者需要很少的样品预处理和实现多元素测量等优点，并且无辐射危害，在工业生产中具有极大的发展潜力。
[0003]但是，由于激光诱导击穿光谱技术的激光作用点很小，烧蚀物质的量很少，对于不均匀，各向异性的物质基体效应非常明显；同时，激光能量的波动，等离子体温度、电子密度等物理参数的不同导致激光诱导击穿光谱技术测量的重复精度较低；另外，环境参数的影响以及仪器内部元器件本身的电子噪声等都易对LIBS产生干扰；因此利用激光诱导击穿光谱技术直接测量样品的测量精度不能得到保证，限制了激光诱导击穿光谱技术在生产实际中的应用。
[0004]如果直接对固体粉末进行测量，由于粉末飞溅导致测量的不确定性非常大，远远不能满足定量分析的需要；对样品做简单的预处理，例如通过对样品粉末压制成型可以增加激光诱导击穿光谱技术测量的重复性，对样品研磨、混合均匀可以降低基体效应的影响，但是这样仍然无法完全消除由于等离子体本身的参数变化及不均匀性导致的测量误差。为了实现固体粉末样品的在线测量，有人提出了使用气流输送使得固体粉末呈射流状，这样能显著增加测量的重复性，但是射流状态的固体粉末在气流的作用下很难将其束缚在一个方向上，不可避免地对测量系统的光学元件造成污染。而光学元件一旦被污染，将直接导致激光能量的下降和测量信号的减弱。因此，在线测量装置中有效控制粉末飞散是非常重要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于激光诱导击穿光谱技术的固体粉末在线检测装置，一方面无需对固体粉末进行预处理，同时还可以有效的控制粉末飞散，从而避免光学元件被污染所造成的激光能量的下降和测量信号的减弱。
[0006]本发明的技术方案是:一种基于激光诱导击穿光谱技术的固体粉末在线检测装置，所述装置包括激光诱导击穿光谱系统和固体粉末采样系统；激光诱导击穿光谱系统包括入射单元、光信号接收单元以及数据分析单元；入射单元含有脉冲激光器、聚焦透镜，光信号接收单元含有反射镜、采集透镜、光纤和光谱仪，其特征在于:固体粉末采样系统含有射流栗、空气压缩机、样品室和设置在样品室内的粉末输送管道；射流栗与粉末输送管道的入口通过管道相连通，空气压缩机通过管道与样品室气体入口相连；在样品室上安装有窗口镜片，在粉末输送管道管壁上与窗口镜片的中心线相交的位置开一个检测孔，脉冲激光器发出的激光通过中心开孔的反射镜并且经过聚焦透镜聚焦后，穿过窗口镜片击打到粉末输送管道的检测孔中心，检测孔中心的固体粉末被击穿产生等离子体，等离子体发出的辐射光信号依次透过窗口镜片、聚焦透镜，经过反射镜反射进入采集透镜，然后通过光纤进入光谱仪用于光谱分析。
[0007]优选地，所述反射镜中心所开小孔的直径为5mm-10mm。
[0008]优选地，所述检测孔的直径为10mm-20mm，等离子体的辐射光信号通过检测孔后被光信号接收单元所接收。
[0009]本发明的技术特征还在于:所述固体粉末采样系统的样品室内的气体压力与粉末输送管道内的气体压力保持平衡，均为0.1Mpa?0.2Mpa。
[0010]本发明具有以下优点及突出性效果:本发明中固体粉末使用气流输送，在样品室内嵌套输送管道，避免固体粉末在气流作用下飞散，污染激光诱导击穿光谱测量系统的光学元件；粉末输送管道上开设检测孔，即使有少量的粉末通过检测孔逸出到达样品室，也可以被样品室内通入的气流及时带走，能够较好地解决粉末对光学元件的污染问题，从而保证测量系统的稳定性和精确度；同时采用同光路的激光诱导击穿光谱系统，实现了对固体粉末的在线检测。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的固体粉末在线检测装置示意图
[0012]图中一脉冲激光器；2—聚焦透镜；3—反射镜；4一米集透镜；5—光纤；6—光谱仪；6—样品；7—数据分析单元；8—样品室；9一粉末输送管道；10_窗口镜片；11_检测孔；12_射流栗；13_等离子体；14_空气压缩机。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0014]如图1所示，基于激光诱导击穿光谱技术的固体粉末在线检测装置，所述装置包括激光诱导击穿光谱系统和固体粉末采样系统；激光诱导击穿光谱系统包括入射单元、光信号接收单元以及数据分析单元7，入射单元含有脉冲激光器1、聚焦透镜2，光信号接收单元含有反射镜3、采集透镜4、光纤5和光谱仪6 ;反射镜的中心开一个直径为5mm-10mm的小孔，激光可以穿过小孔，再经过聚焦透镜聚焦后击打到固体粉末样品上。
[0015]固体粉末采样系统含有射流栗12、空气压缩机14、样品室8和设置在样品室内的粉末输送管道9;射流栗与粉末输送管道的入口通过管道相连通，空气压缩机通过管道与样品室气体入口相连；在样品室上安装有窗口镜片10，在粉末输送管道管壁上与窗口镜片的中心线相交的位置开一个直径为10mm-20mm的检测孔11，脉冲激光器1发出的激光通过反射镜3并且经过聚焦透镜2聚焦后，穿过窗口镜片击打到粉末输送管道的检测孔11中心，检测孔