合光學(xué)組件203連接有信號(hào)傳輸 光纖204,信號(hào)傳輸光纖204通過傳輸線纜管5與控制系統(tǒng)的光譜儀C連接，聲信號(hào)傳感器 205與工控機(jī)A電連接，供氣模塊B通過供氣管與導(dǎo)氣孔206連接。
[0018] 控制系統(tǒng)安裝于輪式機(jī)柜中。等離子體激發(fā)約束腔202采用半球中空結(jié)構(gòu)，半球 半徑為5mm到8mm之間。
[0019] 本發(fā)明的原理如下： 利用LIBS檢測(cè)土壤基體時(shí)，由于土壤復(fù)雜的物理化學(xué)特性，土壤顆粒大小、濕 度、致密程度以及表面平整度等差異較大，均勻性較差，導(dǎo)致LIBS信號(hào)檢測(cè)靈密度 及信號(hào)穩(wěn)定性相對(duì)較差。為了解決這些難題，本發(fā)明對(duì)等離子體激發(fā)與收集單元2 進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在等離子體激發(fā)約束腔202、等立體信號(hào)耦合光學(xué)組件203、 信號(hào)傳輸光纖204、聲信號(hào)傳感器205、導(dǎo)氣孔206、透鏡座208和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)209。 ①等離子體激發(fā)約束腔202是基于激光誘導(dǎo)產(chǎn)生沖擊波的回波對(duì)等離子體擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)約束 而設(shè)計(jì)，目的在于提高系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度，激發(fā)約束腔采用半球中空結(jié)構(gòu)，其參數(shù)可選擇球半 徑5_到8_之間，具體選擇與系統(tǒng)激光器提供的激光能量密切相關(guān)。②等立體信號(hào)耦合 光學(xué)組件203和信號(hào)傳輸光纖204構(gòu)成LIBS信號(hào)稱合傳輸通道，為了相對(duì)全面的收集LIBS 信號(hào)，采用360度范圍多通道接收方式，應(yīng)用多合一光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)多方位信號(hào)接收并提高 光譜儀接收的LIBS信號(hào)強(qiáng)度。@通過大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，在系統(tǒng)參數(shù)一定的情況下，檢 測(cè)基體特性不同（比如濕度、粒徑、致密程度和表面平整度）的樣品其激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的聲信 號(hào)差異明顯，并且每個(gè)激光脈沖產(chǎn)生的LIBS信號(hào)變化情況與聲信號(hào)變化之間有高度相關(guān) 性，基于此在等離子體激發(fā)約束腔202上安裝聲信號(hào)傳感器205,利用聲信號(hào)傳感器205采 集的信號(hào)對(duì)LIBS信號(hào)進(jìn)行歸一化運(yùn)算，以提高系統(tǒng)采集LIBS信號(hào)的穩(wěn)定性。④在激光誘 導(dǎo)等離子體產(chǎn)生光譜信號(hào)的過程中，等離子體激發(fā)約束腔202內(nèi)會(huì)積存激光燒蝕產(chǎn)生的懸 浮微粒，懸浮微粒會(huì)吸收和散射后續(xù)脈沖激光的能量，對(duì)后續(xù)LIBS信號(hào)穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影 響，并且長時(shí)間會(huì)對(duì)等離子體激發(fā)與收集單元2中的光學(xué)元件造成污染，因此在中空腔體 201開有導(dǎo)氣孔206,工作時(shí)由供氣模塊向等離子體激發(fā)約束腔202提供與光軸同方向的氣 流以吹散懸浮微粒，從而提高LIBS檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性。⑤對(duì)于不同特性的檢測(cè)物質(zhì)，獲得 最佳檢測(cè)信號(hào)的激光聚焦點(diǎn)相對(duì)檢測(cè)樣品表面的位置是不同的，因此結(jié)構(gòu)中透鏡座208和 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)209實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)209的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橥哥R座208沿光軸的平動(dòng)，用于微調(diào)聚焦透 鏡207的焦點(diǎn)對(duì)于檢測(cè)樣品表面的相對(duì)位置，此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以方便的實(shí)現(xiàn)激光聚焦點(diǎn)位置 的微調(diào)，其調(diào)節(jié)精度〇. 〇2mm。 實(shí)施例
[0020] 利用上述發(fā)明的裝置，以檢測(cè)土壤中鉛元素（Pb)為例，對(duì)這種檢測(cè)土壤重金屬的 方法和裝置進(jìn)行闡述。
[0021] 檢測(cè)樣品：實(shí)例采用標(biāo)準(zhǔn)土樣（GBW07408)，并以標(biāo)準(zhǔn)土樣為基準(zhǔn)添加化學(xué)試劑分 析純硝酸鉛（Pb(N03)2)配置土壤樣品，配置的樣品中Pb元素含量見表1。系統(tǒng)參數(shù)：脈沖 激光能量l〇〇mJ，重復(fù)頻率1Hz，氣體流速10mL/S，等離子體激發(fā)約束腔半徑6. 4mm。檢測(cè)數(shù) 據(jù)：每個(gè)光譜數(shù)據(jù)為15個(gè)激光脈沖累計(jì)平均，每個(gè)土壤樣品采集20個(gè)光譜數(shù)據(jù)。
[0022] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)±壤重金屬的裝置，其特征在于：包括有控制系 統(tǒng)、手持工作頭，所述的控制系統(tǒng)包括有工控機(jī)W及與工控機(jī)控制連接的供氣模塊、光譜 儀、激光電源模塊，工控機(jī)上安裝有KVM虛擬機(jī)；所述的手持工作頭包括有工作頭主體基 座、手柄，工作頭主體基座上安裝有激光頭，激光電源模塊為激光頭供電，工作頭主體基座 的前、后端分別設(shè)有等離子體激發(fā)與收集單元、傳輸線纜管；所述的等離子體激發(fā)與收集單 元包括有固定在工作頭主體基座前端的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的前端通過調(diào)節(jié)螺栓和碟黃安 裝有中空腔體，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有透鏡座，透鏡座上固定有聚焦透鏡，中空腔體的側(cè)壁上開有 導(dǎo)氣孔，中空腔體的前端中也位置固定有等離子體激發(fā)約束腔，等離子體激發(fā)約束腔的兩 側(cè)均設(shè)有等立體信號(hào)禪合光學(xué)組件，等離子體激發(fā)約束腔上固定有聲信號(hào)傳感器，等離子 體激發(fā)約束腔前端面接觸被檢測(cè)樣品；所述的調(diào)節(jié)螺栓和碟黃采用了 120°均分的H角支 撐點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，即調(diào)節(jié)螺栓和碟黃于圓周上120°角均勻分布，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓和碟黃的 松緊度達(dá)到等離子體激發(fā)約束腔的二維角度調(diào)整目的，從而實(shí)現(xiàn)激光頭發(fā)出的激光激發(fā)點(diǎn) 位置與聚焦透鏡的焦點(diǎn)共軸；而激光聚焦點(diǎn)對(duì)于被檢測(cè)樣品表面的相對(duì)位置通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)帶動(dòng)透鏡座和聚焦透鏡沿光軸前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整；所述的等立體信號(hào)禪合光學(xué)組 件連接有信號(hào)傳輸光纖，信號(hào)傳輸光纖通過傳輸線纜管與控制系統(tǒng)的光譜儀連接，聲信號(hào) 傳感器與工控機(jī)電連接，供氣模塊通過供氣管與導(dǎo)氣孔連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)±壤重金屬的裝置，其特征在 于：所述的控制系統(tǒng)安裝于輪式機(jī)柜中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)±壤重金屬的裝置，其特征在 于；所述的等離子體激發(fā)約束腔采用半球中空結(jié)構(gòu)，半球半徑為5mm到8mm之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)土壤重金屬的裝置，包括有控制系統(tǒng)、手持工作頭，所述的控制系統(tǒng)包括有工控機(jī)以及與工控機(jī)控制連接的供氣模塊、光譜儀、激光電源模塊，工控機(jī)上安裝有KVM虛擬機(jī)；本發(fā)明在等離子體激發(fā)與收集部分采用了空間約束技術(shù)和多通道信號(hào)采集方式，并輔以同軸吹氣驅(qū)散懸浮微塵方法，同時(shí)利用聲信號(hào)傳感器監(jiān)測(cè)等離子體激發(fā)時(shí)的聲音信號(hào)，對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行歸一化運(yùn)算處理；利用此系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比光譜測(cè)試，光譜數(shù)據(jù)的檢測(cè)穩(wěn)定性與譜線信號(hào)強(qiáng)度得到顯著提高，能夠滿足土壤重金屬污染的現(xiàn)場檢測(cè)需要。
【IPC分類】G01N21-63
【公開號(hào)】CN104535544
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410833883
【發(fā)明人】馬明俊, 趙南京, 肖雪, 孟德碩, 方麗, 王寅, 余洋, 劉建國, 劉文清
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日