本发明属于光学探测技术领域，涉及一种多通道激光诱导击穿光谱仪及多通道光谱探测方法。
背景技术：
传统的激光诱导击穿光谱仪使用光谱探测器作为探测器进行探测，在其前面只有一组收集透镜和光纤。其缺点是，如果入射激光激发的离子态物质没有向收集透镜方向行进，或者偏离了一定方向，则探测器难以探测到较强的信号。偏离方向越大，有效信号越弱，信噪比越低。当偏离方向大于一定角度，则有用信号可能会淹没到噪声中。
现有的改进技术在传统结构基础上采用了旋转收集透镜的方案来解决这一问题，即在收集透镜下方安装一个以被测物质为圆心的旋转轴，带动收集透镜去找有用的探测信号。其缺点是：由于激光诱导之后产生的等离子态物质存在时间非常短，属于微秒级，而一般由电机带动的转动轴的旋转速度是秒级，所以这种转动方式根本来不及找寻有用信号，改进效果并不理想。
技术实现要素：
(一)发明目的
本发明的目的是：基于光纤的多通道探测模式，设计一种多通道激光诱导击穿光谱仪及多通道光谱探测方法，解决激光诱导击穿和光谱探测时的角度调整问题，同时可以并行探测辐射光谱，以增强信噪比。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多通道激光诱导击穿光谱仪，其包括：圆环法兰4，其上均匀安装多个探测透镜组2；激光器1，设置在圆环法兰4的中心；激光器1的发射端和探测透镜组2的入光端均朝向被测物体；探测透镜组2的出光端设置连接光纤3，连接光纤3末端合束为光纤束6，光纤束6连接光谱探测器；激光器1发出激光后，将被测物体诱导出等离子态物质，其能级跃迁过程中辐射出的光通过圆环法兰4上的多个探测透镜组2接收，经由连接光纤3和光纤束6传送至光谱探测器。
其中，每一个所述探测透镜组2包括：透镜8和与其匹配的圆筒形机械件7，透镜8封装在圆筒形机械件7内，然后整体固定到圆环法兰4的孔位中。
其中，所述光纤3的头部由圆筒形机械件7的出光端伸入圆筒形机械件7内，光纤3的头部端面位置为透镜2的成像点。
其中，所述圆筒形机械件7的入光端设置可移动的光阑9，通过光阑9的移入移出实现该光束通道的关闭和开启。
其中，所述激光器1的出光端设有准直镜头；同时激光器1连接有控制器，用于调节激光功率大小。
其中，所述探测透镜组设置有16个。
其中，所述激光器1上设置电源线缆5，用于连接激光器电源。
本发明还提供一种基于上述任一项多通道激光诱导击穿光谱仪的多通道光谱探测方法，其包括以下步骤：
s1：制定测量序列，设定激光器的激光入射时间点t11、激光停止入射时间点t12、光纤背景噪声的开始采集时间点t21和停止采集时间点t22，光纤信号的开始采集时间点t31和停止采集时间点t32；
s2：将多个探测透镜组平均分组，形成交替的若干个小组，选择某一小组探测透镜组对应通道的光阑为打开状态，关闭其它小组探测透镜组对应通道前面的光阑；
s3：运行测量序列，在预设的t11时间点将激光入射到被测样品表面，并在预设的t12时间点停止激光入射；
s4：在预设的t21时间点开启探测器采集光纤背景噪声，在t22时间点停止采集，并记录第i组噪声信号ni；
s5：在预设的t31时间点开启探测器采集光纤信号，在t32时间点停止采集，记录第i组光谱信息spi；计算snri＝spi/ni，如果snri<1.2，则剔除该组数据，否则该信号认定为有用信号，并标记为第j个有用信号spj；
s6：重复步骤s2-s5，获得n个有用信号，有用信号序列表示为spj，j＝1……n，并计算总的有用信号
s7：根据有用信号的通道标号记录，开启相应的通道前面的光阑，测量总信号sp0；
s8：计算最终的有效光谱信号为sp＝(sp0+spc)/2。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的多通道激光诱导击穿光谱仪及多通道光谱探测方法，圆环法兰中心激光器发出激光后，将被测物体诱导出等离子态物质，其能级跃迁过程中辐射出的光通过圆环法兰上等距分布的多个探测透镜组接收，既可以解决接收角度的选择问题，也可以通过多通道方式增强最终进入光谱探测器的信号能量，从而提高了信噪比。
附图说明
图1为本发明实施例多通道激光诱导击穿光谱仪的结构示意图。
图2为图1中多通道激光诱导击穿光谱仪的另一观测角度示意图。
图3为探测透镜组2的结构示意图。
图4为多通道光谱探测方法中探测透镜组的分组示意图。
图中：1-激光器；2-探测透镜组；3-连接光纤；4-圆环法兰；5-电源线缆；6-光纤束；7-圆筒形机械件，8-透镜，9-光阑。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1和图2所示，本实施例多通道激光诱导击穿光谱仪包括：圆环法兰4，其上均匀安装多个探测透镜组2；激光器1，设置在圆环法兰4的中心；激光器1的发射端和探测透镜组2的入光端均朝向被测物体；探测透镜组2的出光端设置连接光纤3，连接光纤3末端合束为光纤束6，光纤束6连接光谱探测器；激光器1发出激光后，将被测物体诱导出等离子态物质，其能级跃迁过程中辐射出的光通过圆环法兰4上的多个探测透镜组2接收，经由连接光纤3和光纤束6传送至光谱探测器。
其中，激光器1上设置电源线缆5，用于连接激光器电源。
圆环法兰4上所设置的探测透镜组2的个数n是根据需要探测的视场的大小s、探测的空间分辨率n以及探测透镜组的大小s选择的。
n∝(s*n/s)
图1和图2中示出了16个探测透镜组的多通道激光诱导击穿光谱仪的结构示意图。
每一个探测透镜组2包括：透镜8和与其匹配的圆筒形机械件7，透镜8封装在圆筒形机械件7内，然后整体固定到圆环法兰4的孔位中，如图3所示。光纤3的头部由圆筒形机械件7的出光端伸入圆筒形机械件7内，光纤3的头部端面位置为透镜2的成像点。
圆筒形机械件7的入光端设置可移动的光阑9，通过光阑9的移入移出决定该通道是否收集光信号，图3中所示位置为关闭光束通道，沿图中箭头移出则为开启光束通道。
激光器1带有准直镜头，同时激光器1的控制器具有调节激光功率大小的功能，在满足这两个条件时，激光器的位置只需满足在圆环法兰中心轴线上即可。
基于上述多通道激光诱导击穿光谱仪，本发明还提供一种多通道光谱探测方法，用于对被测物体中元素及含量进行测量。
使用多通道激光诱导击穿光谱仪进行多通道光谱探测时，整个仪器由统一的测量序列进行控制，按照预先制定好的时序进行工作，具体包括以下步骤：
s1：制定测量序列，设定激光器的激光入射时间点t11、激光停止入射时间点t12、光纤背景噪声的开始采集时间点t21和停止采集时间点t22，光纤信号的开始采集时间点t31和停止采集时间点t32；
s2：将多个探测透镜组平均分组，形成交替的若干个小组，选择某一小组探测透镜组对应通道的光阑为打开状态，关闭其它小组探测透镜组对应通道前面的光阑。
以16个探测透镜组为例，将其分成4小组，交替分组，如图4所示，选择某一组通道的光阑为打开状态，关闭其它组通道前面的光阑。即只保留第i组通道的光阑通光进行测量。
s3：运行测量序列，在预设的t11时间点将激光入射到被测样品表面，并在预设的t12时间点停止激光入射；
s4：在预设的t21时间点开启探测器采集光纤背景噪声，在t22时间点停止采集，并记录第i组噪声信号ni；
s5：在预设的t31时间点开启探测器采集光纤信号，在t32时间点停止采集，记录第i组光谱信息spi。计算snri＝spi/ni，如果snri<1.2，则剔除该组数据。否则该信号可以认定为有用信号，并标记为第j个有用信号spj；
s6：重复步骤s2-s5，获得n个有用信号，有用信号序列表示为spj(j＝1……n)，并计算总的有用信号
s7：根据有用信号的通道标号记录，开启相应的通道前面的光阑，测量总信号sp0；
s8：计算最终的有效光谱信号为sp＝(sp0+spc)/2。
上述技术方案中，采用阵列收集透镜的方式，圆环法兰中心激光器发出激光后，将被测物体诱导出等离子态物质，其能级跃迁过程中辐射出的光通过圆环法兰上等距分布的多个探测透镜组接收，既可以解决接收角度的选择问题，也可以通过多通道方式增强最终进入光谱探测器的信号能量，从而提高了信噪比。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。