用于粉末物质的LIBS检测系统及方法与流程

本发明涉及光谱分析领域，特别涉及一种对粉末物质的libs检测系统及方法。

背景技术：

激光诱导击穿光谱(laserinducedbreakdownspectroscopy，libs)技术，是一种以高能量密度的激光对物质进行轰击，在烧蚀物质表面时，表面部分消融发生“雪崩效应”带动整个被击打部分，产生发光等离子体，通过采集该等离子体中特征光谱对物质成分分析的一种定性分析和定量检测的光谱分析技术。该技术由于需要样品量少、无损或微损、分析速度快、多种元素同时检测等优点逐渐演变成物质成分分析领域的一项重要检测技术，广泛应用于材料加工、食品安全、瓷器鉴定、环境监测、生物医学等领域。

作为一种能快速对固、液和气等多种状态的物质进行分析的技术，近年来国内外学者对libs分析的研究快速发展。在固体物质检测方面，libs技术已相对成熟；在液体物质检测方面，libs技术也正逐渐发展并不断完善。但对于粉末状物质的检测方面，国内外还处于起步阶段。

目前，已知的对粉末状物质的检测方法是将粉末物质进行富集，转换为平块状物体再进行常规libs检测，这种做法本质上违背了libs无需预处理且可实时在线检测的特点。如cn205942389u号专利，需要筛选符合要求的粉末和将粉末送入压制模具的粉末筛选输送单元，送入样品压制单元，将粉末样品高压制作的样品压制。因此，需要新的不需要对粉末样品压缩处理的检测方法进行检测。

技术实现要素：

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

用于粉末物质的libs检测系统，包括：

激光器、光谱仪、反射镜、粉末收集装置、第一透镜、第二透镜、光纤探头、计算机、光触发器；

激光器与反射镜的中心线成45°，反射镜的中心线与第一透镜、粉末收集装置的中心线均在同一竖直线上，第二透镜与光纤探头均在粉末收集装置内部左下侧，第二透镜的镜面与铅垂线成45°向上，光纤探头固定在第二透镜焦点处，光纤探头与光谱仪通过光纤连接，光纤探头与计算机连接，光触发器连接光谱仪与计算机。

优选地，激光器为脉冲高能量激光器。

优选地，激光激发被检测物体及光谱仪收集特征光数据的整个过程都发生在粉末收集装置内部。

优选地，第一透镜，用于汇聚经反射镜的反射后经过粉末收集装置上的激光孔的激光，激光击打在被测物体表面。

优选地，第二透镜，用于汇聚被检测物体受激发衍生的特征光，特征光汇聚于光纤探头。

优选地，粉末收集装置包括高反膜且下方装有隔板装置粉末，高反膜位于粉末收集装置内部且只反射待测物质元素受激发产生的特征光。

优选地，粉末收集装置外侧的光纤孔旁边设有螺丝，螺丝用于调节粉末收集装置的位置。

优选地，光纤探头由光纤孔插入，由螺丝调节光纤探头收集特征光的角度并固定光纤探头。

优选地，光触发器控制激光器发射激光并控制光谱仪收集特征光数据，光触发器同步激光并调节激光延迟。

用于粉末物质的libs检测方法，激光器发射出高脉冲能量的激光，激光与反射镜成45°，然后激光垂直透过第一透镜，再经汇聚后穿过粉末收集装置的激光孔击打在粉末物体上，粉末物质收集装置内附的高反膜反射被测物质受激光激发衍生的特征光，接着特征光经过第二透镜汇聚并汇聚至光纤探头，光纤探头将光电信号转换为数字信号传送至光谱仪，光触发器同步激光并调节激光延迟，处理数字信号并上传至计算机。

本发明的优点在于：

1.无需粉末富集的预处理措施，对粉末物质能够实时在线检测，检测速度快；

2.激光击打物体与收集特征光在同一个装置内，减小了整个系统的空间占用，成形系统的体积小；

3.由于装置内有防止粉末物质在强大能量击打的情况下飞溅出的隔板，每次测试实质上是对单点进行连续击打，这样能够一次性对物体多次测试，测定的结果精度高、准确性大。

附图说明

通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的用于粉末物质的libs检测系统的原理图；

附图2示出了根据本发明实施方式的用于粉末物质的libs检测方法的流程图。

附图标记：1激光电源，2激光器，3反射镜，4第一透镜，5粉末收集装置，6第二透镜，7光纤探头，8光谱仪，9计算机，10光触发器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出用于粉末物质的libs检测系统，如图1所示。该检测系统包括：激光电源1，激光器2，反射镜3，第一透镜4，粉末收集装置5，第二透镜6，光纤探头7，光谱仪8，计算机9和光触发器10。其中，激光器2与反射镜3中心线成45°，反射镜3中心线与第一透镜4及粉末收集装置5中心线在同一竖直线上，粉末收集装置5内附高反膜且下方置有隔板装置粉末，第二透镜6与光纤探头7同在粉末收集装置内部左下侧，第二透镜6镜面与铅垂线成45°向上，光纤探头7通过螺丝固定在第二透镜6的焦点处，光纤探头7由与底部成45°的光纤孔插入，光纤探头7与光谱仪8通过光纤连接并与计算机9相连，光触发器10同时连接光谱仪8和计算机9。

其中，激光器2为脉冲高能量激光器；激光激发被检测物体及光谱仪8收集特征光数据的整个过程都发生在粉末收集装置5内部，粉末收集装置外侧的光纤孔旁边设有螺丝，所述螺丝用于调节所述粉末收集装置的位置。光纤探头7由所述光纤孔插入，由螺丝调节光纤探头7收集特征光的角度并固定光纤探头7。

工作原理：如图2所示，激光器2发射出高脉冲能量的激光，激光经反射镜3与激光器2发射的激光束成45°后垂直透过第一透镜4，再经汇聚后穿过粉末收集装置5的激光孔击打在粉末物体上，5粉末物质收集装置内附的高反膜反射被测物质受激光激发衍生的特征光，接着特征光经过第二透镜6汇聚并汇聚至光纤探头7，光纤探头7将光电信号转换为数字信号传送至光谱仪8，光触发器10控制激光器2的激光发射和光谱仪8收集特征光数据，光触发器10同步激光并调节激光延迟，光谱仪8处理数字信号并上传至计算机9。

激光器2发射的激光经反射镜3改变光路后垂直经过第一透镜4，汇聚后通过平行于激光束的粉末收集装置5上方激光孔击打在粉末物质上；被检测物质受激发产生的特征光通过第二透镜6汇聚收集到光纤探头7中，光纤探头7由与底部成45°的光纤孔插入，光谱仪8与计算机9连接将光纤探头7收集的信号处理并上传至计算机9。通过自制粉末收集装置对粉末状物质进行libs检测，经过球状自制粉末收集装置内部的元素高反膜将信号发射，再由第二透镜6汇聚，放大数据信号以实现对粉末状物质的libs检测。

在本发明的一个较佳实例中，用于粉末物质的libs检测系统测量如土壤、重金属合金粉末等粉末状物质，由上述方式操作后，根据光谱仪得到谱线图的波长及峰值强度可定量测出对应元素的含量。

粉末收集装置5特点如下：

被测物体受激发与光纤收集特征光发生在同一装置内，在空间上缩小了系统的体积；

由于空间限制作用，特征光在发出之后损耗减小，而且由于装置内部附有高反膜，对待测元素的特征光会选择性反射而吸收其他光的信息，在不断地反射与吸收中将物体激发出来的光进行筛选，最后将符合条件的特征光信息经第二透镜6汇聚至光纤探头7中；

装置底部设有隔板，在高能量密度的激光击打在被测物体上时，由于隔板的存在，激光实质上是对物体进行类似单点测试，即使物体由于能量瞬间急速膨胀，也能够防止粉末飞溅，所以能够对粉末物体进行连续多次元素成分测试；

装置外侧光纤孔旁设有螺丝，在固定光纤探头7的同时，也能够根据实际测试情况需要调节光纤探头接收特征光的角度；

装置外侧设有调节第一透镜4与粉末收集装置的螺丝，可根据实际测试情况调节被击打位置相对透镜聚焦后焦点的距离。

本实施例的优点在于：采用自制粉末状收集装置，整个检测系统的空间体积小、分辨率高、准确率高、检测速度快、可重复性高，并且对粉末物质提出了一种可靠的检测手段和方法。

以上，仅为本发明示例性的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。