一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统的制作方法

本实用新型是涉及元素识别及痕量分析技术领域，具体的说是一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统。

背景技术：

随着经济的发展，工业化的加快，当今大气污染越来越严重，对大气中一些颗粒物重金属的探测和分析也越来越重要。现在，LIBS （Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）作为一种新型定量分析技术，在大气颗粒物探测这方面得到广泛应用。

LIBS是于上世纪60年代被提出的，该技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。

目前，LIBS常用的对大气中颗粒物重金属的分析方法是利用滤膜进行采样，再进行分析，该过程较为繁琐且需要的程序较多，耗时较长，难以做到即时测量。而若用LIBS对大气中重金属颗粒物进行直接分析，又存在大气不稳定、颗粒物分布不均匀以及大气颗粒物浓度不够大不利于分析等缺点。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的不足，提供一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统，其特征在于：包括底座，所述的底座上安装有竖直设置的测量筒，所述的测量筒内安装有可上下滑动的活塞，所述的测量筒的侧壁下边缘安装有出气管，出气管内安装有第一气阀，测量筒的侧壁的中部安装有进气管，进气管内安装有第二气阀，出气管的上方设置有凹面镜和平面透镜，所述的凹面镜和平面透镜位于同一水平面内相对设置内切均镶嵌在测量筒侧壁内，测量筒外侧设置有激光发生器，所述的凹面镜的中央开有通孔，所述的激光发生器产生的激光光路依次穿过凹面镜的小孔和平面透镜作用在探测器上，所述的探测器与数据分析装置信号连接，所述的活塞与驱动装置传动连接；

凹面镜能够将样品气体中的金属颗粒反射的光折射到探测器处；

出气管在第一气阀开启状态下将样品气体排入大气；

进气管在第二气阀开启状态下将开启样品气体输入测量筒内；

活塞可在驱动装置的传动作用下上下滑动；

测量筒的底部设置有风扇。

所述的探测器设置在凹面镜的焦点上。

所述的活塞的侧壁上镶嵌有密封环，所述的活塞的上表面设置有环形的导向装置，所述的导向装置为向上延伸的环形板。

所述的驱动装置包括空压机，空压机的加压气管穿过密封顶盖伸入测量筒内，所述的密封顶盖固定安装在测量筒的顶部开口处，所述的密封顶盖还安装有气压平衡管，所述的气压平衡管穿过密封顶盖，气压平衡管一端位于测量筒内，另一端与大气连通，气压平衡管内设置有第三气阀，所述的密封顶盖与活塞通过回位弹簧连接。

所述的第一气阀、第二气阀以及第三气阀均为电动球阀。

所述的测量筒采用透明耐压材料制成，所述的测量筒侧壁外表面刻有可读刻度。

所述的数据分析装置为电脑，第一气阀、第二气阀以及第三气阀的控制电机、激光发生器以及风扇均与电脑信号连接，所述的电脑能够控制第一气阀、第二气阀以及第三气阀的控制电机、激光发生器以及风扇的工作状态。

本申请的有益效果是：提供了一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统，能够通过对待测气体样本进行压缩，提高样本中颗粒物浓度，进而实现了对低浓度大气颗粒物重金属的探测和分析。

附图说明

图1为本实用新型一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统的结构原理图。

图2为本实用新型一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统驱动装置的结构原理图。

附图标记：1、底座；2、测量筒；3、活塞；4、出气管；5、第一气阀；6、进气管；7、第二气阀；8、凹面镜；9、激光发生器；10、探测器；11、密封环；12、导向装置；13、密封顶盖；14、加压气管；15、空压机；16、气压平衡管；17、第三气阀；18、风扇；19、回位弹簧。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种增强型大气颗粒物重金属探测的LIBS系统，其特征在于：包括底座1，所述的底座1上安装有竖直设置的测量筒2，所述的测量筒2内安装有可上下滑动的活塞3，所述的测量筒2的侧壁下边缘安装有出气管4，出气管4内安装有第一气阀5，测量筒2的侧壁的中部安装有进气管6，进气管6内安装有第二气阀7，出气管4的上方设置有凹面镜8和平面透镜，所述的凹面镜8和平面透镜位于同一水平面内相对设置内切均镶嵌在测量筒2侧壁内，测量筒2外侧设置有激光发生器9，所述的凹面镜8的中央开有通孔，所述的激光发生器9产生的激光光路依次穿过凹面镜8的小孔和平面透镜作用在探测器10上，所述的探测器10与数据分析装置信号连接，所述的活塞3与驱动装置传动连接；

凹面镜8能够将样品气体中的金属颗粒反射的光折射到探测器10处；

出气管4在第一气阀5开启状态下将样品气体排入大气；

进气管6在第二气阀7开启状态下将开启样品气体输入测量筒2内；

活塞3可在驱动装置的传动作用下上下滑动；

测量筒2的底部设置有风扇18。

本实施例中，圆柱形出气管4、进气管6的内径均为3cm，中间的圆柱状的测量筒2其内径为10cm，高度为2.2m，压缩前空气柱高度为2m，压缩后，其空气柱高度近似为20cm。工作时，先预先通入样本气体，待测量筒2内非样本空气排除后，关闭出气管4阀门，持续向测量筒2内通入样本气体，持续通入样本气体将活塞3向上推动，通入足量的样本气体后，通过驱动装置对活塞3施加压力，将样本气体体积压缩10倍，通过激光发生器8照射压缩后的气体样本，通过探测器10接收到激光信号并传送到电脑中，得到较好的LIBS光谱图。测量筒2的底部设置的风扇18可进行鼓风，实现颗粒物更加均匀分布。

所述的探测器10设置在凹面镜8的焦点上。

本实施例中，凹面镜的焦距为15cm，探测器10距离测量筒2外侧壁5cm。将探测器10设置在凹面镜8的焦点上，此时探测器能接收到的信号也大大增强，最终可以导入电脑中进行相关分析。

所述的活塞3的侧壁上镶嵌有密封环11，所述的活塞3的上表面设置有环形的导向装置12，所述的导向装置12为向上延伸的环形板。

本实施例中，活塞3的侧面设置有3组密封环11，密封环11采用橡胶密封环，能够保证气体压缩的有效性，使检测室有效密封，环形的导向装置12则保证了活塞3在上下运动的过程中，在高压状态下不会发生翻转。

如图2所示，驱动装置包括空压机15，空压机15的加压气管14穿过密封顶盖13伸入测量筒2内，所述的密封顶盖13固定安装在测量筒2的顶部开口处，所述的密封顶盖13还安装有气压平衡管16，所述的气压平衡管16穿过密封顶盖13，气压平衡管16一端位于测量筒2内，另一端与大气连通，气压平衡管16内设置有第三气阀17，所述的密封顶盖13与活塞3通过回位弹簧19连接。

本实施例中，当气体样本冲入完毕后，关闭气压平衡管16内的第三气阀17，空压机15通过加压气管14向测量筒2内注入高压气体，将活塞3向下压缩，，进而实现对样本空气进行压缩，当检测结束后，开启第三气阀17，排气的同时，活塞3会在弹簧13的牵引下向上运动，最终活塞3的固定位置会稳定在进气管6的上方。

所述的第一气阀5、第二气阀7以及第三气阀17均为电动球阀。

本实施例中，第一气阀5、第二气阀7以及第三气阀17均采用电动球阀，电动球阀可以实现控制自动化，防止高压气体在气阀开启的时候对人体可能造成的伤害。另外，电动球阀的电子控制方式均为现有技术，可通过所采用具体型号的电动球阀的说明书得到具体供电电路以及控制电路的连接方式。本领域技术人员在重复实现的过程中可轻易实现。

所述的测量筒2采用透明耐压材料制成，所述的测量筒2侧壁外表面刻有可读刻度。

本实施例中，测量筒2采用帕姆Pasmo透明材料制成，耐磨、耐高压，测量筒2外表面的刻度可以使压缩体积得到精准控制，确保测量精度。

所述的数据分析装置为电脑，第一气阀5、第二气阀7以及第三气阀17的控制电机、激光发生器9以及风扇18均与电脑信号连接，所述的电脑能够控制第一气阀5、第二气阀7以及第三气阀17的控制电机、激光发生器9以及风扇18的工作状态。

该装置的具体操作流程：

T1： 实验前，先打开第一气阀5和第二气阀7，通入需要测量分析的气体，时间为半分钟。目的是先排尽装置中的原有气体，避免干扰。

T2：关闭出气管4的第一气阀5，通过进气管6通入待测气体，等测量筒2中空气柱达到压缩前的预设高度即可停止通气，关闭第二气阀7，该阶段所用时间大概为3分钟。

T3：利用驱动装置给活塞3施加7200N的力，同时，开启圆柱状收集装置底部的排风扇，控制压缩时间和吹风时间为3秒钟，使活塞3完成对空气的压缩，风扇18将附着在器壁上的颗粒物或悬浮物吹散到需要探测的气体中

T4：关闭风扇18，打开激光，激光频率为20赫兹，1秒可以得到20个实验结果，进行平均，得到较好的LIBS光谱图，持续测量1分钟，得到精准的测量数据。

T5：打开第一气阀5，同时撤除施加在活塞3上的力，使活塞3回到原来的位置。

需要注意的是，实用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。