一种用于粉末成分在线检测的激光诱导击穿光谱装置的制作方法

本实用新型属于激光光谱检测技术领域，具体为一种用于粉末成分在线检测的激光诱导击穿光谱装置。

背景技术：

激光诱导击穿光谱（Laser-induced breakdown spectroscopy，简称LIBS），是一种高能量脉冲激光为等离子体激发源的发射光谱分析技术。其利用激光将待测样品表面烧蚀产生等离子体，再通过分析等离子体发射光谱中元素特征谱线识别元素种类，并通过特征谱线强度估算元素的含量。LIBS技术因具有无需制样和非接触检测的特点，因而可实时在线和原位检测。然而无制样在线检测由于受样品基体形态、位置变化和环境状态等因素的影响，往往难以实现高精度定量检测。虽然目前已有一些在线LIBS检测的仪器设备用于煤炭、钢液、矿浆等领域，但解决进样标准化和提高分析精准度仍是亟待解决的关键问题。

中国专利文献《LIBS 粉状物料皮带式检测装置》（授权公告号CN 202661379 U) 公开一种LIBS粉状物皮带式检测装置，利用挡板获得厚薄均匀的粉状物料层，实现了粉末连续制样和光谱稳定测量；中国专利文献《工业固体粉末元素含量在线检测系统》(授权公布号 CN 102095713 B)、 《基于激光诱导击穿光谱技术的固体粉末在线检测装置》(申请公布号CN 105241851 A)、《基于激光诱导击穿光谱的在线粉末检测装置及其测量方法》(申请公布号CN 105136752 A)及《用于激光诱导检测的均匀连续工业粉末取样装置及方法》（申请公布号CN 104931299 A）公开的LIBS粉末在线检测装置，均利用气流输送粉末样品，利用高能量脉冲激光击穿粉末样品形成等离子体实现LIBS光谱检测；中国专利文献《基于激光诱导击穿光谱的粉状物质元素含量测量方法》（授权公告号 CN 102788771 B）和《基于双脉冲激光的粉状物质元素含量测量方法》（授权公告号 CN 102788772 B）分别采用单、双脉冲透过玻璃托盘聚焦在粉末底层激发产生等离子体进行LIBS光谱检测，可实现无制样检测。但是上述实例皆存在以下两点不足：

1. 直接激发粉末或粉末射流会导致粉末飞溅，从而对激光产生屏蔽作用及对等离子体光产生散射作用，影响光谱的稳定性；

2. 对粉末表面或粉末射流直接激发无法克服基体效应对LIBS分析的影响。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于粉末成分在线检测的激光诱导击穿光谱装置，可以实现基于激光诱导击穿光谱技术的粉末在线检测，可有效避免粉末飞溅产生的激光屏蔽及对等离子体光的散射效应，光谱稳定性好，而且可有效降低基体效应的影响。

一种用于粉末成分在线检测的激光诱导击穿光谱装置，包括进样装置、等离子体激发装置、光谱采集装置及控制装置，其特征是所述进样装置包括进料漏斗、V形槽、高频振动器、倾角调节座、气溶胶生成器、高压气瓶、减压阀、流量计，所述进料漏斗设于V形槽上方，所述V形槽一端设有高频振动器，另一端设于气溶胶生成器上方，所述高频振动器底部固定设有倾角调节座，所述高压气瓶、减压阀、流量计分别依次与气溶胶生成器连接。

进一步所述等离子体激发装置包括脉冲激光器、反射镜、聚焦透镜，所述脉冲激光器产生的激光束通过反射镜后经过聚焦透镜，激光焦点位于气溶胶生成器出口处。

进一步所述光谱采集装置包括采集光路、光纤、光谱仪、探测器，所述采集光路通过光纤与光谱仪及探测器连接。

进一步所述控制装置设有计算机和时序信号发生器，所述计算机和时序信号发生器通过电线连接。

进一步所述气溶胶生成器为Y形，包括气溶胶生成器漏斗、气溶胶生成器尾管、气溶胶生成器喷嘴，所述气溶胶生成器上部为气溶胶生成器漏斗，下部一端为气溶胶生成器尾管，另一端为气溶胶生成器喷嘴，所述气溶胶生成器漏斗的内腔，与气溶胶生成器尾管和气溶胶生成器喷嘴内腔相通。

进一步，所述倾角调节座可调型。

本实用新型提供了上述粉末样品在线检测激光诱导击穿光谱装置，可以同时实现粉末样品的实时在线检测，光谱稳定性好，基体效应低。具体而言，本使用新型具有以下技术特点：

（1）本实用新型可实现粉末样品的在线无制样快速检测，利用高频振荡器实现样品的匀速进样，采用气溶胶发生器，获得均匀持续输出的粉末气溶胶，对粉末气溶胶进行激光诱导击穿光谱检测，可提高分析精准度，满足现代工业应用需求。

（2）本实用新型将固体粉末转化为气溶胶，可有效避免粉末飞溅对激光的屏蔽作用，和对等离子体光的散射作用，改善所激发等离子体发射光谱的稳定性。

（3）本实用新型将受基体效应影响较大的固体粉末样品转化为受基体效应影响较小的气溶胶，有利于降低基体效应对激光诱导击穿光谱检测的影响，提高定量分析精准度。

（4）通过调节高频振荡器的频率和V形槽的倾角可以调整粉末样品的进样流量，通过调节解压阀和流量计可实现对气溶胶发生器供气量的控制，从而实现对气溶胶密度和流量的控制。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为气溶胶生成器的结构示意图。

其中：1—进料漏斗；2—V形槽；3—高频振动器；4—倾角调节座；5—气溶胶生成器；6—高压气瓶；7—减压阀；8—流量计；9—等离子体；10—脉冲激光器；11—反射镜；12—聚焦透镜；13—采集光路；14—光纤；15—光谱仪；16—探测器；17—计算机；18—时序信号发生器；51—气溶胶生成器漏斗；52—气溶胶生成器尾管；53—气溶胶生成器喷嘴。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图1对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，基于本实用新型的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例的结构示意图如图1所示。

被分析粉末样品通过进料漏斗1匀速加入V形槽2，高频振荡器3带动V形槽2振动时，使粉末样品匀速进入气溶胶生成器顶部漏斗51，通过调节高频振荡器3的频率和通过调节倾角调节座4改变V形槽2的倾斜角可以调整粉末样品的进样流量；粉末样品进入气溶胶生成器5后，由气溶胶生成器尾管52通入的高压气体与粉末样品混合物从气溶胶生成器喷嘴53喷出形成气溶胶；高压气瓶6释放的气体通过解压阀7和流量计8后与气溶胶生成器尾管52相连，实现对气溶胶发生器5的恒定压强和匀速供气。

脉冲激光器10产生的激光束通过反射镜11后经过聚焦透镜12，激光焦点位于气溶胶生成器喷嘴53处，聚焦的高能量密度激光将气溶胶烧蚀击穿产生等离子体9。

等离子体9发射光被采集光路13收集后耦合进入光纤14，通过光纤14传输至光谱仪15进行分光，获得的光谱信号由探测器16进行光电转换，产生的光谱数据输入计算机17进行分析处理。

计算机17用于对脉冲激光器10和探测器16进行控制操作，时序信号发生器18用于产生脉冲激光器10和探测器16工作的时序控制信号。

作为一个典型的实例，所述脉冲激光器10采用1064 nm波长的Nd:YAG激光器，激光脉冲能量为50 mJ；

所述光谱仪15采用中阶梯光栅光谱仪，光谱范围250~900 nm；

所述探测器16为增强型电荷耦合器ICCD，1024×1024像素，像素尺寸13 μm；

所述气溶胶发生器喷嘴53直径为2 mm，所述激光焦点距气溶胶发生器喷嘴53为2 mm；

以上所述为本发明的两种较佳实施例而已，但本发明并不局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。