一种用于libs物质成分检测的自动聚焦方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及原子光谱检测技术领域，特别是指一种用于LIBS物质成分检测的自 动聚焦方法及系统。
【背景技术】
[0002] 激光诱导击穿光谱(Xaser-InducedBreakdownSpectroscopy,LIB巧技术是指将 高能脉冲激光聚焦到待测样本表面，激发样本产生等离子体，在等离子体消逝过程中将会 产生表征物质成分的分立谱线，其中谱线的波长代表着物质所含元素的成分，谱线的强度 代表着物质所含元素的含量；通过分析上述光谱，可W实现物质组成和含量的检测。
[0003] 在LIBS应用领域，尤其是对表面不平整的待测固体样本或表面有波动性的待测 液体样本（包括烙融金属）进行成分检测的过程中，激光聚焦位置的变化造成光谱强度的 波动，进而影响定性和定量分析结果。目前一般的聚焦方法中，人工调节法的聚焦过程需要 人工参与，具有较大的主观性，实时性不好；基于非接触测距的主动式自动聚焦法，通过测 量聚焦距离进行自动调节，实现自动聚焦的目的，但其成本和精度受测距传感器影响很大； 基于成像清晰度的被动式自动聚焦法，将成像的清晰度作为反馈，进行自动聚焦，但运种方 法对低反差、弱光下的表面聚焦有一定困难。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于LIBS物质成分检测的自动聚焦方法及 系统，基于位移传感器测距的"粗聚焦"和基于光谱质量评价的"精聚焦"的两步聚焦的新 方法，实现LIBS成分检测时激光的快速自动聚焦，从而获取稳定、高质量的光谱信号。 阳0化]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种用于LIBS物质成分检测的自动聚 焦方法，包括：
[0006] 选择粗聚焦参考平面，并设置精聚焦的聚焦范围R、光谱积分波长范围RI、精聚焦 次数N;
[0007] 加载待测样本，根据位移传感器测量到的参考平面与第一聚焦透镜之间的距离， 调整聚焦位置，即第一聚焦透镜到待测样本表面的距离；
[0008] 根据设置的聚焦范围R、光谱积分范围RI、精聚焦次数N，按照预设的步距P改变聚 焦位置同时进行光谱采集，确定每次采集到的光谱质量评价指标，并将最优光谱质量评价 指标对应的聚焦位置确定为最优聚焦位置，完成本次自动聚焦。
[0009] 可选地，所述参考平面与待测样本表面相对距离不变；
[0010] 所述参考平面与第一聚焦透镜之间的距离和待测样本表面与第一聚焦透镜之间 的距离相近。
[0011] 可选地，所述精聚焦的聚焦范围R是指精聚焦过程中第一聚焦透镜的移动范围；
[0012] 所述精聚焦的聚焦范围R大于等于位移传感器的精度M和待测样本表面不平整起 伏高度H之中的较大者，即R>MAX(M，H)。
[0013] 可选地，所述根据位移传感器测量到的参考平面与第一聚焦透镜之间的距离，调 整聚焦位置包括：
[0014] 获取参考平面与待测样本表面的距离hi;
[0015] 根据位移传感器测量到的参考平面与第一聚焦透镜之间的距离Hi,调整Hi使第一 聚焦透镜到待测样本表面的距离Hi-hi等于第一聚焦透镜的焦距；
[0016] 其中，位移传感器的基准面与第一聚焦透镜处于同一水平面上。 阳017] 可选地，光谱采集次数n=R今pXN。
[0018] 可选地，当所述光谱积分波长范围RI为一个波长区间时，所述光谱质量评价指标 为该波长区间内的光谱强度积分K:
[0020] 其中，A为波长；Ai、A,为所设置的光谱积分波长范围RI的上下限：RI= [入1，A2]，T(入）为波长A处的光谱强度。
[0021] 可选地，当所述光谱积分波长范围RI为多个波长区间的并集时，所述光谱质量评 价指标为多个波长区间的光谱强度积分的加和Ki:
[0023] 其中，入1表示波长，n为波长区间的数量，A11、A12为第i个波长区间的波长上下 限，满足光谱积分波长范围
为波长A1处的光谱强度。
[0024] 本发明实施例还提供一种用于LIBS物质成分检测的自动聚焦系统，包括：
[0025] 初始化单元，用于选择粗聚焦参考平面，并设置精聚焦的聚焦范围R、光谱积分波 长范围RI、精聚焦次数N;
[00%] 粗聚焦单元，用于加载待测样本，根据位移传感器测量到的参考平面与第一聚焦 透镜之间的距离，调整聚焦位置，即第一聚焦透镜到待测样本表面的距离；
[0027] 精聚焦单元，用于根据设置的聚焦范围R、光谱积分范围RI、精聚焦次数N，按照预 设的步距P改变聚焦位置同时进行光谱采集，确定每次采集到的光谱质量评价指标，并将 最优光谱质量评价指标对应的聚焦位置确定为最优聚焦位置，完成本次自动聚焦。
[0028] 可选地，所述粗聚焦单元包括：
[0029] 获取模块，用于获取参考平面与待测样本表面的距离hi;
[0030] 调整模块，用于根据位移传感器测量到的参考平面与第一聚焦透镜之间的距离 Hi,调整Hi使第一聚焦透镜到待测样本表面的距离Hi-hi等于第一聚焦透镜的焦距；
[0031] 其中，位移传感器的基准面与第一聚焦透镜处于同一水平面上。
[0032] 可选地，所述精聚焦单元包括：
[0033]第一光谱质量评价指标确定模块，用于当所述光谱积分波长范围RI为一个波长 区间时，所述光谱质量评价指标为该波长区间内的光谱强度积分K: CN 1051巧944 A 化h口-p 3/7巧
[0035] 其中，A为波长；Ai、A,为所设置的光谱积分波长范围RI的上下限：RI= [入1，^2]，T(入）为波长A处的光谱强度；
[0036] 第二光谱质量评价指标确定模块，用于当所述光谱积分波长范围RI为多个波长 区间的并集时，所述光谱质量评价指标为多个波长区间的光谱强度积分的加和Ki:
[0038] 其中，^'表示波长，n为波衣区间的教音，^。、Ai;为第i个波衣区间的波长 上下限，满足光谱积分波长范围
为波长A处的光谱强度。
[0039] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0040] 上述方案中，通过加载待测样本；在基于位移传感器测距的粗聚焦过程中，根据位 移传感器测量到的参考平面与第一聚焦透镜之间的距离，调整聚焦位置；在基于光谱积分 的精聚焦过程中，根据已设置的聚焦范围R、光谱积分范围RI、精聚焦次数N，按照预设的步 距P改变聚焦位置同时进行光谱采集，确定每次采集到的光谱质量评价指标，并将最优光 谱质量评价指标对应的聚焦位置确定为最优聚焦位置，完成本次自动聚焦，从而实现LIBS 成分检测时激光的快速自动聚焦，W获取稳定、高质量的光谱信号。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明实施例提供的用于LIBS物质成分检测的自动聚焦方法的原理图；
[0042] 图2为本发明实施例提供的用于LIBS物质成分检测的自动聚焦方法的方法流程 图；
[0043] 图3为本发明实施例提供的用于LIBS物质成分检测的自动聚焦系统的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0044] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。 阳045] 实施例一
[0046] 参看图1所示为本发明实施例的原理图，例如，待测样本可W为高溫钢液（液态， 表面具有一定的波动）；位移传感器可W为激光位移传感器，精度M= 1mm;聚焦透镜B(第 一聚焦透镜）的焦距f= 300mm;由激光器发出的高能脉冲激光经激光反射镜反射、聚焦透 镜B透射后聚焦到待测样本（高溫钢液）表面，激发待测样本（高溫钢液）产生等离子体， 等离子体消逝过程中产生的特征光波经聚焦透镜B、聚焦透镜A、准直透镜、光纤由光谱仪 接收，完成光谱信号的采集。
[0047] 参看图2所示，本发明实施例提供的一种用于LIBS物质成分检测的自动聚焦方 法，包括：
[0048] S1 :选