一种远距离自主多物态光谱检测系统的制作方法

1.本发明涉及激光诱导击穿多物态光谱测量技术领域，更具体的，涉及一种远距离自主多物态光谱检测系统。


背景技术：

2.高能量的激光器自诞生，因其优越的光学特性越来越多的为人们所知，更多的应用被发掘出来，尤其是对高新技术比较敏感的测量领域。激光光谱学已经广泛应用于各类物质的检测和分析领域，其应用的深度和广度都已经达到了前所未有的阶段，极大的促进了新一代产业的发展。
3.随着多物态材料成分的增加以及远距离检测需求，快速的光谱采集与分析成为该领域的核心研究课题，这就需要对光和物质的相互作用模型和光信号采集和处理进行新颖的设计和软件算法技术。现有光谱测量技术中通常采用普通的汞灯或氙灯作为激励光源，此种设备只能激发较弱的信号，无法检测出多个物态内部发出的特征光谱峰(波长或能量信息)，这个缺陷影响了科研人员对物质内部元素分布的清晰物理认知。


技术实现要素：

4.本发明为了解决以上现有技术存在的不足与缺点的问题，提供了一种远距离自主多物态光谱检测系统，该系统以测量多个物态内部发出的特征光谱峰，提高研发人员对物质内部元素分布的精准检测和定量分析能力。
5.为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：
6.一种远距离自主多物态光谱检测系统，所述的系统包括高能量脉冲激光器、组合透镜、光谱分析仪；
7.所述的高能量脉冲激光器，用于产生高能量激光，并将所述的高能量激光对准远处的待测多物态样品，使其产生高温等离子态，进而激发出多物态材料的特征信号光波；
8.所述的组合透镜，用于接收远处的待测多物态样品在高温等离子状态下辐射的特征信号光波，并传输至所述光谱分析仪；
9.所述的光谱分析仪，用于对待测多物态样品辐射的特征信号光波进行分析和鉴别。
10.优选地，所述的系统还包括第一聚焦透镜；
11.所述的第一聚焦透镜，用于将所述的高能量激光进行聚焦，将聚焦后的高能量激光对准远处的待测多物态样品。
12.进一步地，所述的组合透镜包括同一水平依次排列设置的第二聚焦透镜、焦点孔板、压缩准直聚焦透镜、第三聚焦透镜；
13.所述的第二聚焦透镜，用于接收所述待测多物态样品在高能量激光激发下形成的高温等离子体辐射出的特征信号光波；
14.所述的焦点孔板，用于接收所述的第二聚焦透镜对所述的特征信号光波聚焦的焦
点；
15.所述的压缩准直聚焦透镜，用于对所述的特征信号光波经过所述的焦点孔板聚焦后，经压缩后转换为小光斑直径的平行光束；
16.所述的第三聚焦透镜，用于对所述的压缩准直聚焦透镜输出的平行光束进行聚焦后输入光谱分析仪。
17.再进一步地，所述的系统还包括
18.光学分束器，所述的光学分束器设置在压缩准直聚焦透镜与第三聚焦透镜之间，用于透过一部分平行光束，同时将另一部分的平行光束反射到成像装置中；
19.成像装置，用于对光学分束器反射的平行光束进行成像。
20.再进一步地，所述的成像装置包括成像聚焦透镜、成像相机；
21.所述的成像聚焦透镜，用于对光学分束器反射的平行光束进行成像聚焦；
22.所述的成像相机，用于对成像聚焦后的平行光束进行成像。
23.优选地，所述的光谱分析仪通过建立多种物态光谱的数据库，利用时钟顺序完成对特征信号光波进行自主识别和分析，经过发射光谱模型的拟合完成对待测多物态样品内部元素的鉴定和定量检测。
24.进一步地，所述的第一聚焦透镜采用长距离聚焦透镜。
25.再进一步地，所述的第二聚焦透镜采用大孔径收集聚焦透镜。
26.进一步地，所述的光谱分析仪探测波长范围覆盖200～1600nm。
27.进一步地，所述的成像相机采用200万像素coms成像仪，并以ir/gr增透膜作为成像透镜。
28.本发明的有益效果如下：
29.本发明所述的远距离自主多物态光谱检测系统通过高能量脉冲激光器发射的高能量激光激发位于远处的样品产生高温等离子态，并发出特征信号光谱，通过组合透镜对特征信号光谱进行一系列处理后入射到光谱分析仪上，实现对多物态光谱的精细测量，该系统在进行测量过程中，不但可以给出多物态特征光谱峰信息，还将提供材料内部各类元素信息和成份含量信息。
30.本发明所述的远距离自主多物态光谱检测系统还通过快速时间分辨信号采集给出不同特征发射峰在不同物质内部的时间寿命，给科研人员提供丰富的元素鉴别及成份分析的手段和方法。
附图说明
31.图1是实施例1所述的远距离自主多物态光谱检测系统的示意图。
32.图2是实施例2所述的远距离自主多物态光谱检测系统的示意图。
33.图3是实施例3所述的远距离自主多物态光谱检测系统的示意图。
34.图中，1-高能量脉冲激光器；2-待测多物态样品；3-第二聚焦透镜、4-焦点孔板；5-压缩准直聚焦透镜；6-第三聚焦透镜；7-光谱分析仪；8-第一聚焦透镜；9-光学分束器；10-成像聚焦透镜；11-成像相机。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
36.实施例1
37.如图1所示，一种远距离自主多物态光谱检测系统，所述的系统包括高能量脉冲激光器1、组合透镜、光谱分析仪7；
38.所述的高能量脉冲激光器1，用于产生高能量激光，并将所述的高能量激光对准远处的待测多物态样品2，使其产生高温等离子态，进而激发出多物态材料的特征信号光波；
39.在一个具体的实施例中，所述的组合透镜，用于接收远处的待测多物态样品2在高温等离子状态下辐射的特征信号光波，并传输至所述光谱分析仪7；
40.所述的光谱分析仪7，用于对待测多物态样品2辐射的特征信号光波进行分析和鉴别。
41.所述的光谱分析仪7通过建立多种物态光谱的数据库，利用时钟顺序完成对特征信号光波进行自主识别和分析，经过发射光谱模型的拟合完成对待测多物态样品2内部元素的鉴定和定量检测。
42.所述的光谱分析仪7探测波长范围覆盖200～1600nm。所述光谱分析仪7的波长分辨精度为0.1纳米。
43.在一个具体的实施例中，所述的组合透镜包括一系列无镀膜组合透镜，远处的待测样品发射的特征光谱信号经所述组会透镜聚焦进行收集。
44.所述的组合透镜包括同一水平依次排列设置的第二聚焦透镜3、焦点孔板4、压缩准直聚焦透镜5、第三聚焦透镜6；
45.所述的第二聚焦透镜3，用于接收所述待测多物态样品2在高能量激光激发下形成的高温等离子体辐射出的特征信号光波；
46.所述的焦点孔板4，用于接收所述的第二聚焦透镜3对所述的特征信号光波聚焦的焦点；
47.所述的压缩准直聚焦透镜5，用于对所述的特征信号光波经过所述的焦点孔板4聚焦后，经压缩后转换为小光斑直径的平行光束；
48.所述的第三聚焦透镜6，用于对所述的压缩准直聚焦透镜5输出的平行光束进行聚焦后输入光谱分析仪7。
49.实施例2
50.如图2所示，一种远距离自主多物态光谱检测系统，所述的系统包括高能量脉冲激光器1、组合透镜、光谱分析仪7；
51.所述的高能量脉冲激光器1，用于产生高能量激光，并将所述的高能量激光对准远处的待测多物态样品2，使其产生高温等离子态，进而激发出多物态材料的特征信号光波；
52.在一个具体的实施例中，所述的组合透镜，用于接收远处的待测多物态样品2在高温等离子状态下辐射的特征信号光波，并传输至所述光谱分析仪7；
53.所述的光谱分析仪7，用于对待测多物态样品2辐射的特征信号光波进行分析和鉴别。
54.所述的光谱分析仪7通过建立多种物态光谱的数据库，利用时钟顺序完成对特征信号光波进行自主识别和分析，经过发射光谱模型的拟合完成对待测多物态样品2内部元
素的鉴定和定量检测。所述的光谱分析仪7探测波长范围覆盖200～1600nm。
55.在一个具体的实施例中，所述的组合透镜包括同一水平依次排列设置的第二聚焦透镜3、焦点孔板4、压缩准直聚焦透镜5、第三聚焦透镜6；
56.所述的第二聚焦透镜3，用于接收所述待测多物态样品2在高能量激光激发下形成的高温等离子体辐射出的特征信号光波；
57.所述的焦点孔板4，用于接收所述的第二聚焦透镜3对所述的特征信号光波聚焦的焦点；
58.所述的压缩准直聚焦透镜5，用于对所述的特征信号光波经过所述的焦点孔板4聚焦后，经压缩后转换为小光斑直径的平行光束；
59.所述的第三聚焦透镜6，用于对所述的压缩准直聚焦透镜5输出的平行光束进行聚焦后输入光谱分析仪7。
60.在一个具体的实施例中，所述的系统还包括第一聚焦透镜8；
61.所述的第一聚焦透镜8，用于将所述的高能量激光进行聚焦，将聚焦后的高能量激光对准远处的待测多物态样品2。
62.本实施例所述的第一聚焦透镜8设置在高能量脉冲激光器1与待测多物态样品2之间，用于对高能量脉冲激光器1产生的高能量激光聚焦在待测多物态样品2上，使其产生高温等离子态。
63.实施例3
64.如图3所示，一种远距离自主多物态光谱检测系统，所述的系统包括高能量脉冲激光器1、组合透镜、光谱分析仪7；
65.所述的高能量脉冲激光器1，用于产生高能量激光，并将所述的高能量激光对准远处的待测多物态样品2，使其产生高温等离子态，进而激发出多物态材料的特征信号光波；
66.所述的组合透镜，用于接收远处的待测多物态样品2在高温等离子状态下辐射的特征信号光波，并传输至所述光谱分析仪7；
67.所述的光谱分析仪7，用于对待测多物态样品2辐射的特征信号光波进行分析和鉴别。
68.在一个具体的实施例中，所述的组合透镜包括同一水平依次排列设置的第二聚焦透镜3、焦点孔板4、压缩准直聚焦透镜5、第三聚焦透镜6；
69.所述的第二聚焦透镜3，用于接收所述待测多物态样品2在高能量激光激发下形成的高温等离子体辐射出的特征信号光波；
70.所述的焦点孔板4，用于接收所述的第二聚焦透镜3对所述的特征信号光波聚焦的焦点；
71.所述的压缩准直聚焦透镜5，用于对所述的特征信号光波经过所述的焦点孔板4聚焦后，经压缩后转换为小光斑直径的平行光束；
72.所述的第三聚焦透镜6，用于对所述的压缩准直聚焦透镜5输出的平行光束进行聚焦后输入光谱分析仪7。
73.本实施例中，所述的第二聚焦透镜3采用大孔径收集聚焦透镜。
74.在一个具体的实施例中，所述的系统还包括第一聚焦透镜8；
75.所述的第一聚焦透镜8，用于将所述的高能量激光进行聚焦，将聚焦后的高能量激
光对准远处的待测多物态样品2。本实施例中，所述的第一聚焦透镜8采用长距离聚焦透镜。
76.本实施例所述的第一聚焦透镜8设置在高能量脉冲激光器1与待测多物态样品2之间，用于对高能量脉冲激光器1产生的高能量激光聚焦在待测多物态样品2上，使其产生高温等离子态。
77.在一个具体的实施例中，所述的系统还包括
78.光学分束器9，所述的光学分束器9设置在压缩准直聚焦透镜5与第三聚焦透镜6之间，用于透过一部分平行光束，同时将另一部分的平行光束反射到成像装置中；
79.成像装置，用于对光学分束器9反射的平行光束进行成像。
80.所述的成像装置包括成像聚焦透镜10、成像相机11；
81.所述的成像聚焦透镜10，用于对光学分束器9反射的平行光束进行成像聚焦；
82.所述的成像相机11，用于对成像聚焦后的平行光束进行成像。
83.所述的光谱分析仪7通过建立多种物态光谱的数据库，利用时钟顺序完成对特征信号光波进行自主识别和分析，经过发射光谱模型的拟合完成对待测多物态样品2内部元素的鉴定和定量检测。
84.所述的光谱分析仪7探测波长范围覆盖200～1600nm。
85.所述的成像相机11采用200万像素coms成像仪，并以ir/gr增透膜作为成像透镜。
86.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。