一种小型多功能激光成分分析仪的制作方法

1.本实用新型属于激光检测领域，特别涉及一种小型多功能激光成分分析仪。


背景技术：

2.激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy，libs)技术是一种原子发射光谱技术，将高能脉冲激光聚焦在样品表面，烧蚀激发样品产生等离子，并通过光谱仪采集的等离子体光谱对样品中所含元素进行定性或定量分析。libs技术因具有不需样品预处理、多种元素同时分析、原位在线实时分析、分析速度快、适应环境能力强和安全无辐射等优点，已被应用于矿产资源勘探、工业原材料检测、环境重金属检测和材料分类识别等领域。目前集成化自动化程度较高的libs设备还较少，影响系统的稳定性以及检测可重复性，阻碍了libs检测设备的进一步应用和推广。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种小型多功能激光成分分析仪，所述分析仪包括：
4.依次设置的激光器、二向色镜、聚焦透镜，所述激光器产生的激光束经过所述二向色镜和所述聚焦透镜照射至样品上产生等离子体；
5.离轴抛物面反射镜、光纤耦合器、光纤以及光谱仪，所述光纤的两端分别连接至所述光谱仪和所述光纤耦合器，所述等离子体的等离子体光由所述二向色镜反射至所述离轴抛物面反射镜进行聚焦，并通过光纤耦合器将聚焦后的所述等离子光耦合至所述光纤，由所述光纤传输至所述光谱仪；
6.指示激光器，所述指示激光器用于确定所述激光束的聚焦位置；
7.清洁装置，所述清洁装置设于所述样品的周侧。
8.可选地，所述分析仪还包括激光反射镜，所述激光反射镜设于所述激光器和所述二向色镜之间，且所述激光反射镜和所述激光器之间的连线与所述激光反射镜和所述二向色镜之间的连线形成有一定夹角。
9.可选地，所述夹角为90
°
。
10.可选地，所述分析仪还包括设于所述激光器和所述二向色镜之间的扩束装置，所述扩束装置包括由所述激光器至所述二向色镜方向依次设置的凹透镜和凸透镜。
11.可选地，所述分析仪还包括供所述样品放置的移动平台。
12.可选地，所述清洁装置包括分别设于所述样品两侧的吹扫装置和抽尘装置。
13.可选地，所述分析仪还包括设于所述样品和所述聚焦透镜之间的窗片。
14.可选地，所述分析仪还包括用于对所述样品表面进行成像的摄像机和照明光源。
15.本实用新型由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：激光扩束装置提升了激光光束质量，通过二向色镜实现了光谱激发和收集光路的共轴增加了系统的稳定性，通过离轴抛物面反射镜对等离子体光进行聚焦，避免了因使用收集透镜聚焦而造成的光谱
强度损失，通过指示激光器进行激光聚焦位置的自动确定。与现有libs检测相比，该分析仪具有自动化程度高以及较小体积并且更加稳定紧凑。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1示出了根据本实用新型实施例的整体结构正视图。
18.1-激光器，2-扩束装置，3-激光反射镜，4-二向色镜，5-聚焦透镜，6-窗片，7-样品，8-等离子体，9-移动平台，10-离轴抛物面反射镜，11-光纤耦合器，12-光纤，13-光谱仪，14-摄像机，15-照明光源，16-指示激光器，17-吹扫装置，18-抽尘装置。
具体实施方式
19.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.如图1所示，本实用新型实施例的小型多功能激光成分分析仪，包括设备主体，以及包括依次固定设置于所述设备主体侧壁上的激光器1、二向色镜4、聚焦透镜5；所述分析仪还包括激光反射镜3，所述激光反射镜3设于所述激光器1和所述二向色镜4之间，且所述激光反射镜3和所述激光器1之间的连线与所述激光反射镜3和所述二向色镜4之间的连线形成有一定夹角。在本实施例中，该夹角为90
°
，其中激光器1发射的激光束水平照射，激光反射镜3的安装倾斜角度与水平夹角为45
°
，通过设置的激光反射镜3，使激光束的方向得以改变，从而使各结构的安装更加紧凑，缩小安装面积。
21.其中，所述分析仪还包括设于所述激光器1和所述二向色镜4之间的扩束装置2，所述扩束装置2包括由所述激光器1至所述激光反射镜3方向依次设置的凹透镜和凸透镜，激光束先由凹透镜进行光源发散，进一步通过凸透镜对激光束的发散角进行减小收拢，从而将扩束处理后的激光束进行照射利用，以减小激光的发散角，提高激光光束质量，经扩束后的激光束可被聚焦透镜5聚焦得更小。
22.进一步的，所述分析仪还包括离轴抛物面反射镜10、光纤耦合器11、光纤12以及光谱仪13。所述光纤12的两端分别连接至所述光谱仪13和所述光纤耦合器11。其中，在本实施例中，二向色镜4的安装方向与激光反射镜3平行，离轴抛物面反射镜10装设于二向色镜4附近，离轴抛物面反射镜10的离轴角为90度，且安装角度与二向色镜4的安装角度关于竖向对称，反射焦距为1英寸，表面镀有250nm～450nm的uv增强铝膜，以增强光谱的反射率，使收集到的光谱强度较高。
23.其中，激光反射镜3表面镀有高发射1064nm激光波长的复合介质膜，即可以增透又可以增加反射率；二向色镜4表面镀有高透1064nm激光波长和高反射250nm～900nm的介质
膜，增强透过率和反射率。
24.在使用时，激光器1产生激光束并照射至扩束装置2，用于提供烧蚀样品7所需的能量，所述扩束装置2对所述激光器1产生的激光束进行扩束处理，所述激光束经过激光反射镜3改变传输方向，再经过所述二向色镜4和所述聚焦透镜5照射至样品7上产生等离子体8。当激光束照射样品7产生等离子体8后，所述等离子体8的等离子体光由所述二向色镜4反射至所述离轴抛物面反射镜10进行聚焦，并通过光纤耦合器11将聚焦后的所述等离子光耦合至所述光纤12，由所述光纤12传输至所述光谱仪13，通过该光谱仪13对等离子体光进行分光、光电转换和光谱数据采集等工作，从而达到分析成分功能。在本实施例中，光纤耦合器11还用于对光纤12的一端进行固定，并在离轴抛物面反射镜10的作用下对等离子体光进行聚焦，避免了因使用收集透镜聚焦而造成的光谱强度损失。
25.所述分析仪还包括供样品7放置的移动平台9，移动平台9用于改变样品7分析测试点的位置，可以实现样品表面多个位置的测量，提升测量的准确性。在本实施例中，使用三个维度的移动方向，均通过设置于设备主体上的步进电机实现上下左右前后的位置移动。
26.所述分析仪还包括清洁装置，该清洁装置包括分别设于所述样品7两侧的吹扫装置17和抽尘装置18，如图1所示，吹扫装置17和抽尘装置18关于激光束对称、且靠近于样品7设置，样品7经激光束照射产生粉末，通过吹扫装置17对剥蚀出的样品7粉末进行吹扫，并通过抽尘装置18对吹扫出的粉末进行抽取，从而清洁台面。
27.所述分析仪还包括设于所述样品7和所述聚焦透镜5之间的窗片6，窗片6用于防止粉尘污染光学镜片(聚焦透镜、反射镜、二向色镜等)。
28.所述分析仪还包括用于对所述样品7表面进行成像的摄像机14和照明光源15，通过摄像机14的成像观察样品的位置是否在检测区域内，从而辅助放置样品7，确定样品7位置，同时可以用于记录检测点处样品7的表面特征，照明光源15用于辅助摄像机14对样品7表面进行成像。如图1所示，照明光源15设于窗片6的正下方，且照明光源15为环形的白光led灯，激光可从环形照明光源15的中间孔洞中穿过照射至样品7上，摄像机14设于样品7附近且与激光束之间具有一定夹角，从而在无遮挡的情况下对样品7表面进行拍摄。
29.所述分析仪还包括指示激光器16，所述指示激光器16用于确定所述激光束的聚焦位置，如图1所示，指示激光器16设于样品7附近且与激光束之间具有一定夹角，且指示激光器16设于摄像机14关于激光束对称的位置附近，使指示激光器16在无遮挡的情况确定激光束的聚焦位置。
30.需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”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。
31.以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内
容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。