專利名稱：激光誘導(dǎo)光譜分析方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含鹵族、尤其是含氯非金屬或最多是部分金屬材料的激光發(fā)射光譜的分析方法及其裝置。其中照射于材料的一束脈沖激光產(chǎn)生等離子體，由等離子體發(fā)出的光在擴展方向被光學(xué)聚焦成錐形，然后將其引入光譜儀，在激光束觸發(fā)并經(jīng)預(yù)設(shè)時間延遲后進行分析，其所用脈沖激光束的能量密度約在108和1012W/cm2之間。
與其類似的方法和裝置例如可見于利用光譜來分析鋼材的專利EP-B-176 625，其中由準(zhǔn)點狀等離子體區(qū)發(fā)出的光經(jīng)一層光學(xué)膜，由光二極管或是光倍增管一維收集進行分析估算。這種方法需要引入惰性氣體來改善分析結(jié)果的精度。此種方法及其裝置不宜用于鹵族元素的光譜分析。
原理上，光譜分析是基于這樣的事實，譜線強度正比于材料在i態(tài)時發(fā)射的原子密度ni和玻爾慈曼因子e-Ei/KT，其中Ei為激活能，T為溫度。因此在恒定密度和溫度的氣態(tài)或等離子態(tài)中，可利用該式進行定量分析。在脈沖激光束產(chǎn)生的等離子體中，情況要復(fù)雜一些，該等離子體的密度和溫度在時間和空間上都具有大的梯度，是不均勻的，其梯度大小不僅取決于激發(fā)條件而且取決于相應(yīng)的材料。
本發(fā)明以改善上述背景下的激光誘導(dǎo)光譜分析方法及其裝置為目的，分析對象是含鹵族尤其是含氯的非金屬或至多是部分金屬的材料。
該目標(biāo)可利用開頭提及的方法來實現(xiàn)，即在一段時間和空間內(nèi)取等離子體密度和溫度梯度的平均。為了要獲取分析用的穩(wěn)定可重復(fù)的譜線信息，需要匯總和平均取自于擴束錐體中至少一盤容積的光強度。
由于這一過程發(fā)生在預(yù)設(shè)的很短時間內(nèi)，期間稀釋等離子體的溫度仍相當(dāng)高，因此可以利用大等離子體內(nèi)發(fā)有氯發(fā)射的所有特殊譜線進行定量譜線分析。
能可靠、可重復(fù)、簡捷靈活地檢驗混合材料中的鹵族元素尤其是氯元素是本方法及其裝置所具有的特殊優(yōu)點。
激光誘導(dǎo)譜線分析氯元素，時至今日還不順利的主要原因在于，鹵族原子的激發(fā)態(tài)具有很高的能量，約10eV。相應(yīng)地，也只有在強激發(fā)條件下，溫度達約105K的高聚焦等離子體內(nèi)，玻爾慈曼因子才起作用。但在這一區(qū)域，等離子體中的電子密度十分高，因此譜線發(fā)射會被具有相同波長的高密度電子的劇烈韌致輻射所覆蓋，使分析受到制約。由于氯元素共振躍遷波長范圍的典型值位于100nm處，只有用昂貴的VUV光譜儀才能檢測得到。(VUV代表真空超紫外區(qū)λ＜250nm)本方法的優(yōu)點在于，通過一次激光發(fā)射所獲盤容積信息就令人驚奇的足夠用于光譜分析了。在進一步的拓展中，通過光譜儀入射端的裂縫可將盤容積信息記錄下來并將光譜區(qū)分開。盤容積信息光譜可利用矩陣形式的攝象系統(tǒng)進行二維成象。其另一優(yōu)點是，具有至少10行象素塊的CCD照相機就可作為矩陣攝象機使用。因此，可以盡可能多地利用來自攝象機行或列以及對應(yīng)于CCD象素中各波長的光強度信息。
由此帶來下述優(yōu)點，a).與普通的最高行式存儲(例如行式照相機)對比，本方法獲得的增益與匯總行或列數(shù)n對應(yīng)的強度相關(guān)，以及b)。同時也能根據(jù)n1/2(n的平方根)獲得有關(guān)統(tǒng)計值的改善。
還可縮短分析時間。如果n=500，統(tǒng)計方面可改善約22倍，如n=2000，就可改善44倍，為前者2倍之多。實際上，用一個500行的CCD標(biāo)準(zhǔn)照相機就足夠了。
已經(jīng)表明，使用擴束錐體內(nèi)有限而足夠大的盤容積來進行分析是十分有益的。這有可能對其中所有的非均勻等離子體密度區(qū)和溫度區(qū)在空間和時間上進行平均。因此，該分析方法對于等離子體發(fā)射中總存在的密度分布和溫度分布的起落，例如在切換不同的材料和/或研究不同的附加譜區(qū)時，條件會相當(dāng)寬松。盤容積因而可以將其縱向(即光譜儀裂縫的縱向)置于膨脹方向或最好使其與膨脹方向垂直。與由利用行照相機在小區(qū)域內(nèi)分析所得平均結(jié)果相比，此種情況下的增益約為其兩個數(shù)量級(典型情況為光譜儀裂縫的高/寬比=5mm/0.01mm=500)。分析氯時，在被分析物與盤容積之間，平均焦距大約是3到6mm。
系列了解多種等離子體的強度值亦可通過接連不斷的激光發(fā)射，用多級盤容積來實現(xiàn)。
其它要提高的方面是應(yīng)該使脈沖激光束具有高斯分布。高斯分布束只能由處于TEM00模的激光器來產(chǎn)生。這種激光器的能量和束形特別穩(wěn)定，因此，每次發(fā)射都能在聚焦區(qū)以及等離子區(qū)獲得高重復(fù)性。
在所及的焦距情況下對氯進行分析時，預(yù)設(shè)時間延遲應(yīng)取4μs為宜。因為在等離子體產(chǎn)生時不再有韌致輻射的干擾了，同時，重要的氯分析譜線的發(fā)射強度在838nm處會有最大值。
在預(yù)設(shè)時間后至少100ns的時間窗口內(nèi)對光強度進行分析是適宜的。
在對成像系統(tǒng)(具有放大-時間控制功能的記錄儀)的時間窗口進行優(yōu)化時，需利用電子控制裝置將圖像放大器與一個在10ns時區(qū)內(nèi)分析譜線的解調(diào)器相連接。優(yōu)化取決于激光器-分析對象-綜合因素(激光器類型，要分析的材料)，取決于各特征譜線的位置及與研究物體的焦距。在實際應(yīng)用時可以用一個至少有10行象素的CCD照相機作為矩陣式攝像機。較好而且價格適宜的有標(biāo)準(zhǔn)照相機(有約500到600行或列)，當(dāng)然，使用具有行數(shù)特別是列數(shù)達2000的特殊照相機來進行測試就更好了。
如果作數(shù)字存儲邏輯和分析邏輯控制的矩陣式攝像系統(tǒng)具有至少4比特的存儲深度和至少約15×15的存儲位是適宜的。亦希望具有較高的存儲深度，從約8到12比特并具有與存儲位數(shù)目相應(yīng)的圖像處理系統(tǒng)。
進一步改進本方法是有益的，可將由附加放電激發(fā)形成的特別等離子體及其發(fā)射光引入光譜儀，見說明。
因此，對鹵族尤其是氯的分析可提高靈敏度10倍。例如，在這種設(shè)置下，氯的分析極限可達1％以下，甚至可達約0.5％。
本方法的簡明圖像是，氯分析譜線區(qū)可從480nm拉到約550nm或837.594nm或858.597nm.
這樣作的優(yōu)點是能利用強譜線，其譜區(qū)至少位于光學(xué)玻璃成份覆蓋的范圍，約300nm至3000nm，或特別地，位于可見光或近紅外區(qū)而不會被材料中的其它元素(例如非金屬材料中的H、O、N、C)的強譜線所掩沒。發(fā)現(xiàn)在近紅外區(qū)(IR)的譜線837.594nm(約838nm)最好，在其它譜線區(qū)，從480到550nm和858.597nm(約859nm)都可得到較好的分析結(jié)果。
根據(jù)專利解釋的上述發(fā)明方法具有優(yōu)選的發(fā)明裝置，其特征如下。
裝置包含一個工作在TEM00模式的脈沖激光器，其射向非金屬或部分金屬材料的激光束能量密度(強度)約從108到1012W/cm2；包含一個光學(xué)聚焦裝置，它控制并使等離子體發(fā)射光聚焦于光譜儀的裂縫；包含一矩陣式攝像儀，可通過其譜儀裂縫攝下強度。發(fā)射光的盤體積通過譜儀通道進行光譜分析，并利用圖像存儲器和分析儀在時間和空間上對其進行匯總。裝置還包含一在激光器、光譜儀、圖像存儲器和分析儀之間的控制器，對發(fā)射光譜信號實施分段存儲和分析。
圖像存儲器和分析儀包含數(shù)字邏輯元件并且控制著攝像機。優(yōu)選裝置包含一個特別合適的脈沖激光類型，例如，一個質(zhì)控開關(guān)或模式鎖定Nd-YAG激光器；包含一個簡單的光學(xué)聚焦儀和一個控時器。在激光脈沖觸發(fā)之后，控時器控制各次預(yù)設(shè)分析時間的延遲，控制攝像機、圖像存儲器和分析系統(tǒng)的時間窗口，由此可在下一個脈沖觸發(fā)前，控制譜信號記錄，控制數(shù)字消存和分析，使分析設(shè)施在時間上得到優(yōu)化利用。
在實施過程中，矩形圖像存儲器是一個CCD照相機，至少有10行，特殊的有約500至600行(水平和垂直傳感位)。
設(shè)計時間窗口時要將圖像放大器置于圖形存儲器之前，光譜儀包含校準(zhǔn)元件(平場單元)是有益的。
在本方法及其裝置中，探測靈敏度的改善要利用一個過激發(fā)裝置，它包含一個銅電極的觸發(fā)式發(fā)射儀，其電壓約5KV，電容約2μF，電感約100μH，發(fā)射能量約25Ws，因此，對例如氯元素的探測精度可達體積的0.5％。
其它的具體特征是，有一個射向靶的長焦距聚焦激光束，一方面這是為了獲得較長的工作距離，另一方面則可使束形具有較大的瑞利長度。如此，分析物體表面時對平整度的要求就不太嚴(yán)格了。此外，除非要求作顯微分析，直徑為約0.1mm至1mm的大焦點是很有用的，因為物體上的差別都將被平均，高級一維(在物體的法線方向)擴展等離子體可由此獲得更佳的分析結(jié)果。
鹵素元素的檢測要求高的等離子體溫度，高溫等離子體在被分析材料和擴展等離子體中，對入射激光束具有高吸收是有益的。這可以通過利用波長盡可能短的激光器來實現(xiàn)。例如用從1.06μm到紫外例如250nm的倍頻Nd-YAG激光器的基準(zhǔn)波長。要有目的地增加原始吸收(特別對例如在ns范圍的長激光脈沖)。利用對所用激光波長有強吸收的薄層涂鍍物體而別用對分析有干擾的材料例如石墨，是有益的。
與本發(fā)明相關(guān)的裝置依據(jù)

圖1和圖2在下面作示例描述，譜線分析由圖三示例說明。
激光器L通過控制單元SC發(fā)出激光脈沖P，激光脈沖P通過透鏡FL聚焦于非金屬或至多是部分金屬的分析物體T，產(chǎn)生等離子體PA并擴束成錐形。在朝向光譜儀SP的方向裝有一投影消色差透鏡LE，它可以將距物體T、平均距離為e的等離子體盤容積V投影到光譜儀SP的入口端隙縫SL。隙縫長軸方向與被投影的等離子區(qū)所選容積盤情況一致(X或Z方向)。在圖一和圖二中，繪有垂直于等離子體P主擴方向的Y方向。隙縫SL的長邊伸展度(典型值5mm)與投影透鏡LE共同決定了被觀察對象的盤容積直徑，可改變的縫隙范圍(典型值10μm)，容積盤的厚度，尤其是光譜分辨率。因此，縫隙寬度SL只能在必要的分辨率范圍內(nèi)(最差的典型值是幾個nm)靈活選擇以增加發(fā)光強度。依據(jù)本方法及其裝置所具有的特征，盤容積單元仍然要在其尺碼的長度方向上增大，需考慮其位置的靈活選擇以及是全部或是部分地進行分析。
等離子錐體PA的盤容積V經(jīng)過透鏡LE投向光譜儀SP的縫隙SL，然后進行光譜分析。
規(guī)定強度梯度的附加方向由箭頭A1和A2表示，在圖示情形為在Y方向的縫隙方向。
本裝置的目的是要能在常壓下即可進行含鹵族材料的常規(guī)研究，而無需實驗室的特殊條件。選擇圖1和圖2裝置中的元件可以達此目的。
光譜儀SP利用一格柵為600/mm單格柵單色儀f/4.0，鏡面M1和M2、M3以及一合適的500nm的發(fā)光波長。一個1/2”的圖形攝像機BA(CCD)可利用焦平面內(nèi)約60nm寬的光譜區(qū)。通過改變?nèi)肟诙讼犊pSL可使光強度的分辨率至最佳。隙縫高度與要觀察的等離子體的投影比例和縱向延伸相對應(yīng)(典型值是5-10mm)。光譜儀SP在焦平面內(nèi)的光譜信息，可在由圖像存儲器BS控制的攝像系統(tǒng)BA的輸出端作進一步處理之前直接控制監(jiān)視器PM，并且可以輕松地例如將相位調(diào)整到最佳。在圖1和圖2的邊上繪有兩條譜線，其中強度I繪成灰色梯級狀，用虛色或準(zhǔn)3維圖。作為攝影用的攝影儀BA應(yīng)有盡可能大的動態(tài)范圍(約1000)和寬可用光譜區(qū)域。實際可用一個至少有10行的CCD照相機，好點的可用目前具有的例如752×582(列乘行)單元的標(biāo)準(zhǔn)照相機，這樣的存儲深度至少應(yīng)有4比特，在圖示儀器中為8比特，更佳的當(dāng)然至少10比特。
包含在盤容積縱向(即圖1和圖2的Y方向)中的光譜信息，在其后的方向單元DM中按其各自的波長匯總，并且提供圖3式的圖譜，以作進一步自動化的判斷。在盤容積V中引入作分析用的部分，其大小和方位(圖1和圖2中為Y方向)在分析單元DM中能進行最佳化例如程序化處理。簡單的情況就是為其配備一臺微處理器或個人計算機。對控制單元SC同樣如此，它負(fù)責(zé)整個裝置的控制，尤其是負(fù)責(zé)引導(dǎo)激光器觸發(fā)下一個脈沖，負(fù)責(zé)觸發(fā)火花隙B(見圖二)和圖形存儲器BA，負(fù)責(zé)驅(qū)動馬達來選擇光譜儀的波長和激活分析單元DM的運作。
原則上，激光器對每個系統(tǒng)都適用，只要它有足夠大的輸出功率，聚焦強度(約108至1012W/cm2)足以使材料蒸發(fā)并產(chǎn)生等離子體。一種簡單的選擇是用脈沖延遲在ns范圍、基態(tài)波長為1.06μm的質(zhì)控開關(guān)Nd-YAG激光器。從可重復(fù)性而言優(yōu)選其工作在TEM00模。如果使激光器倍頻為綠光(530nm)或甚至進一步復(fù)頻至紫外范圍(例如265nm)，有益于提高等離子體溫度和譜線強度。這同樣適用于用短Q開關(guān)4ns延遲脈沖。進一步改善甚至可利用更短例如具有脈沖延遲為10ps范圍的模式鎖定激光器。長脈沖情形可利用對分析不會產(chǎn)生干擾的特殊物(例如石墨)鍍層在等離子體產(chǎn)生之前提高本底吸收。
實際應(yīng)用的優(yōu)點是，在等離子體投向光譜儀的隙縫途中，所用投影透鏡LE為消色差透鏡。適當(dāng)選擇其投影比例，工作距離和輝光亮度并匯同光譜儀的分辨率及其入口端隙縫寬度，以優(yōu)化分析等離子體和光譜窗口。矩陣形攝像系統(tǒng)包括一個合適的CCD照相機，至少有10行，特殊的有約500至約600行(水平傳感位)和約500至約600列(垂直傳感位)。實用的優(yōu)點是，攝像系統(tǒng)(BA,BS,BV)包含電光寬帶光譜、低畸變的二維圖像放大單元BV，它具有一個分辨率在ns范圍的時柵(Torzeit)×控制器，可靈活選擇攝影的時間窗口，放大倍數(shù)可調(diào)并與攝像器(BA)(CCD-照相機)集成在一起。
實際和簡單的應(yīng)用在于攝像器(圖形放大器的光陰極或工作時沒有照相機的CCD單元)直接安裝在光譜僅的像平面上，它們之間沒有投影透鏡隔開。光譜儀包含一合適的圖形校正元件(穩(wěn)場象平面)。圖中沒畫出來。
在用PVC材料探測氯的情況下，可采用837.6nm譜線和使用1011W/cm2的激光強度，波長530nm和4nm的焦距e，在盤容積的縱向Y方向，延遲的最佳值是4μs，攝像系統(tǒng)的時間窗口為100ns?？勺兘咕啾旧頌榧s3和6mm，需選擇時間延遲使盤容積位置(箭頭A1)處的激發(fā)程度盡可能高，但發(fā)光束的連續(xù)性卻并不防礙譜線的吸收。對于具體的激光-物體條件(激光輸出、物體表面等等)，在各種情況下都要優(yōu)化焦距、時間延遲和時間窗口。
聚焦激光束可利用一個長焦透鏡FL，在目前情況，焦長f=200mm，這一方面可得到較合適的工作距離，另一方面大的瑞利長度可使各等離子體脈沖的重復(fù)性提高。此外大直徑焦點F具有使物體表面均勻化的作用。對目前情況下的平面擴展結(jié)構(gòu)，擴展等離子體PA的密度長而高，輻射梯度小。
為了提高分析靈敏度，例如，為了能檢測到氯或其它鹵族元素的百分之幾的體積份額，在一定的情況下，可對擴展等離子體進行過量激發(fā)，如圖二所示，增加一火花隙B?；鸹ㄏ禕包括，例如，銅(Cu-)電極，在電極尖端間外加高達5KV的電壓，經(jīng)一個約2μF的電容可饋送達25Ws的放電能量。脈沖形式還具有電感約100μH。在材料T前端區(qū)域內(nèi)增加交叉激發(fā)(垂直于等離子體PA的擴展方向)，可提高等離子體PA中的粒子電離度和激發(fā)度，因此等離子體的光輻射量顯著增加，甚至在體積盤A2處極小量的鹵族元素，特別是氯元素的分析探測精度均能得到改善。此時焦距e和時間窗口必須按經(jīng)驗重新調(diào)整。
在圖3顯示的分析圖譜I=f(λ)中，對比了利用本方法的優(yōu)點和常規(guī)行掃描光譜的結(jié)果。圖三中的兩條曲線是在相同的條件下測出來的，即同樣的激光-物體互作用和檢測條件(材料〔PVC〕，表面性質(zhì)，焦距，激光強度，光譜范圍，光譜儀的分辨率等等)。上面譜圖是擴展等離子體在整個全錐形截面內(nèi)平均的結(jié)果，錐形等離子體投向具有約500行的照相機，與其它PVC曲線對比能清楚地辨認(rèn)出在837.6nm處的獨立氯譜線。下面的譜圖是在只有20行的行掃描照相機上平均的模擬結(jié)果，這也要比一個真正的單線照相機至少強十倍。盡管如此，亦只能隱約地看到氯譜線，雖然其它成份的譜線清晰可辨。另外，上面譜圖的統(tǒng)計量更好。但對比也表明，上面的譜線有較大的譜寬，這一方面是由于光譜儀SP的色差畸變(無平衡-場裝置)，另一方面是由于在不同密度的等離子體區(qū)域內(nèi)平均所造成。這種方法表明，837.6nm氯譜線十分清楚，沒有什么特別限制。
曲線Ⅰ和Ⅱ是用8比特的存儲深度作記錄和分析的。
用所述實例的方法和裝置可給出定量氯譜線分析的十分精確的結(jié)果(可達氯含量的0.5％！)，并可用來定量檢測其它鹵族元素溴，氟和碘。其它鹵素元素的波長范圍可以同樣的方式(可見光區(qū)或紅外區(qū)，見上述，不要被其它的強譜線所掩蓋)通過合適的譜線表格來提取，而特別適用的譜線范圍應(yīng)在實踐中決定。
本方法和裝置非常適合用于在各種非金屬或至多是部分金屬的材料中尤其是塑料中確定氯成份。確定氯成份在含乙烯基的材料(PVC)中非常重要，因為這些材料在進行例如再循環(huán)處理時是要被剔除的。含氯物質(zhì)由于具有腐蝕性，在例如用壓力鑄造法加工可循環(huán)塑料時是十分不利的。
對防火材料利用本方法及其裝置也是有優(yōu)點的，因為這些材料含溴，在再循環(huán)加工時同樣存在問題。在再循環(huán)塑料時我們知道，必須確定出氟和碘的含量，因此本方法亦是重要和有優(yōu)勢的。
用激光誘導(dǎo)光譜分析法分析材料中的鹵族元素是一種先進的方法。通過將一高能激光射向分析物體產(chǎn)生等離子體并利用其大小和方向可自由選定的等離子體盤容積單元內(nèi)的光強度，結(jié)合一臺光譜儀和一臺靈敏度、觸發(fā)能力及柵開啟時間可調(diào)的二維攝像系統(tǒng)就可實現(xiàn)這一目的了。將密度梯度和溫度梯度在相對較大的體積范圍內(nèi)進行平均可提高鹵族元素的分析靈敏度和重復(fù)性(與通常的一維檢測法相比)。
權(quán)利要求
1．利用激光發(fā)射光譜分析含鹵族、尤其是含氯非金屬或最多是部分金屬材料的方法，其中一束脈沖激光(P)照射于材料(T)產(chǎn)生等離子體(PA)，由等離子體發(fā)出的光在擴展方向被光學(xué)聚焦成錐形，然后將其引入光譜儀(SP)，在激光束(P)觸發(fā)并經(jīng)預(yù)設(shè)時間延遲后進行分析，其所用脈沖激光束(P)的能量密度約在108和1012W/cm2之間，其特征在于，對等離子體(PA)的密度梯度范圍和溫度梯度范圍，從時間和空間上進行平均，以獲取分析用的穩(wěn)定可重復(fù)的和光強的譜線信息，其中，至少對擴束錐體中發(fā)出的一盤形容積(V)的匯聚光強度進行匯總和平均。
2．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于選擇一錐截面-盤容積(V)，它與等離子體(PA)的擴展方向垂直并且是由單一脈沖激光束(P)(激光射束)所產(chǎn)生。
3．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于選擇一盤容積，它位于等離子體(PA)的擴展方向并且是由單一脈沖激光束(P)(激光射束)所產(chǎn)生。
4．按權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于錐形擴束光投向光譜儀(SP)的入端縫隙(SL)，光譜儀縫隙(SL)剪切盤容積(V)，盤容積(V)內(nèi)的光發(fā)射通過光譜儀(SP)的輸出端由矩陣式攝像器(BA)進行兩維光譜分析。
5．按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于光強度在預(yù)設(shè)時間延遲之后在至少100ns的時間窗口內(nèi)進行平均和分析。
6．按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于非金屬或部分金屬材料與盤容積(V)之間的平均焦距(e)約為3至6mm。
7．按權(quán)利要求1至6中之一或數(shù)個的方法，其特征在于在氯元素的情況下，預(yù)設(shè)時間延遲相對于等離子體(PA)的產(chǎn)生取4μs或更短。
8．按權(quán)利要求1至7中之一或數(shù)個的方法，其特征在于脈沖激光束(P)具有高斯分布，這是由工作在TEM00模式下的激光器(L)所產(chǎn)生的。
9．按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于矩陣式攝像機(BA)是具有至少10行象素的CCD照相機(CCD)，特別的有約500至約600行象素，檢測通過縫隙(SL)縱向進入這些行內(nèi)的光強度以及在矩陣縫隙內(nèi)的光譜分辨率(波長)，或反之亦然。
10．按權(quán)利要求4或9所述的方法，其特征在于矩陣式攝像儀(BA)由一個數(shù)字分析單元(DM)所控制，它具有至少4個比特的存儲深度和至少10行，具有與用于分析譜線基本寬度對應(yīng)的縫隙數(shù)，也具有約200個存儲位。
11．按權(quán)利要求1和2至10之一或數(shù)個權(quán)利要求的方法，其特征在于擴束錐體中產(chǎn)生的等離子體(PA)借助于一附加橫截放電火花隙(B)過激發(fā)，由此發(fā)射的光被引入光譜儀(SP)。
12．按權(quán)利要求1和2至11之一或數(shù)個權(quán)利要求的方法，其特征在于在氯的情況下，波長譜線范圍從約480nm至約550nm，特別是480、490、500、510、520、530、540-550nm或約838nm或約859nm。
13．按權(quán)利要求1和2至12之一或數(shù)個權(quán)利要求的方法，其特征在于同時通過平行攝像通道或在時間上提取相繼的多個譜區(qū)，并且只對部分譜區(qū)作進一步的分析。
14．按照權(quán)利要求1和2至13之一或數(shù)個權(quán)利要求進行激光發(fā)射光譜分析的裝置，其特征在于脈沖激光器(L)的能量密度在約108和1012W/cm2之間，其脈沖激光束(P)射向非金屬或最多是部分金屬的材料(T)，一個光學(xué)聚焦裝置(LE)，它控制并使等離子體(PA)發(fā)射光聚焦于光譜儀(SP)的裂縫(SL)，一矩陣式攝像儀(BA)，利用它通過譜儀裂縫(SL)攝下發(fā)射光投向盤容積(V)的強度，通過光譜儀(SP)根據(jù)通道進行光譜分析，并利用圖像存儲器和分析儀(BS和DM)在時間和空間上匯總，在激光器(L)、光譜儀(SP)、攝像儀(BA)和圖像存儲-分析儀器(BS和DM)之間的控制器(SC)，對發(fā)射光的光譜信號按時間間隔進行正確的存儲和分析。
15．按權(quán)利要求14的裝置，其特征在于分析單元(DM)包含數(shù)字邏輯單元，它引入在圖像存儲器(BS)中存儲的光譜信號。
16．按權(quán)利要求14或15的裝置，其特征在于矩陣式攝像機(BA)是一個CCD照相機(CCD)，至少有10行，特殊的有約500至約600行以及同樣多的列。
17．按權(quán)利要求14和15至16之一或兩者的裝置，其特征在于過激發(fā)裝置包含一觸發(fā)式火花隙(B)，該火花隙具有Cu-電極，約5kV電壓，約2μF的電容和約100μH的電感。
18．按權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于攝像儀(BA)受控于圖像放大器(BV)，它在時間上，相對于柵時和延時，分辨率達約10ns，產(chǎn)生至少100ns的時間窗口并設(shè)置約4μs的延遲時間。
19．按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于光譜儀(SP)包含象場校正元件(穩(wěn)-場儀)。
20．按權(quán)利要求14和15至19之一或數(shù)個的方法，其特征在于脈沖激光器工作在TEM00模。
21．按權(quán)利要求14和15至19之一或數(shù)個權(quán)利要求的裝置，其特征在于等離子體的投影透鏡(LE,FL)可利用消色差透鏡。
22．按權(quán)利要求14和15至19之一或數(shù)個權(quán)利要求的裝置，其特征在于等離子體的投影透鏡可用可變焦距透鏡(FL)來改變工作距離(e)的設(shè)置和投影比例。
23．按權(quán)利要求13和14至19之一或數(shù)個權(quán)利要求的裝置，其特征在于用兩步法成像時，可用串聯(lián)的兩個柱形透鏡(FL)在Y和Z方向成像，由此，例如就要在Y和Z方向上各自確定所要研究的等離子體體積的大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用脈沖激光器(L)對含鹵族、非金屬或至多是部分金屬的材料(T)作定量光譜分析，配有一臺攝象儀(BA)、一個光譜計(SP)和一臺CCD照相機，由此可以記錄、匯總和估算發(fā)自等離子體(PA)擴束錐形中至少一盤容積(V)的光強度，這對掌握溫度梯度和密度梯度是有益的。
文檔編號G01N21/71GK1227632SQ97197116
公開日1999年9月1日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月1日
發(fā)明者K·羅爾, J·艾希爾, N·米勒 申請人:埃姆特克磁化股份有限公司