一種光聲式激光擊穿檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種使用光聲光譜法的激光誘導(dǎo)擊穿檢測 裝置，適用于物質(zhì)濃度定量分析。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法是一種激光燒灼式光譜分析方法，激光經(jīng)過透鏡聚焦到待測 物質(zhì)上（可以是固體、液體或氣體），當(dāng)激光的能量密度大于待測樣品擊穿閾值時，先會產(chǎn) 生納米粒子云團，激光繼續(xù)照射就會產(chǎn)生等離子體，這種等離子體的局部能量密度及溫度 非常高，用光譜儀收集待測樣品等離子體表面產(chǎn)生的發(fā)射譜線的信號，就可以根據(jù)發(fā)射譜 線的強度而定量分析里面物質(zhì)的濃度。
[0003] 光聲光譜法一種基于光聲效應(yīng)發(fā)展起來的光譜技術(shù)。用一束強度可調(diào)制的單色光 照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使 樣品和周圍介質(zhì)按光的調(diào)制頻率產(chǎn)生周期性加熱，從而導(dǎo)致介質(zhì)產(chǎn)生周期性壓力波動，這 種壓力波動可用靈敏的微音器檢測，并通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應(yīng)。若入射單 色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，即為光聲光譜。
[0004] 目前的使用激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的檢測極限為ppm量級，存在檢測靈敏度較低的 問題。而使用光聲光譜法檢測氣體其檢測靈敏度可以達(dá)到PPb甚至PPt量級，但如果直接 檢測固體物質(zhì)，則由于存在譜線加寬而導(dǎo)致檢測靈敏度下降以及譜線難以區(qū)分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用性廣并具有高檢測極 限的光聲式激光擊穿檢測裝置。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] 一種光聲式激光擊穿檢測裝置，包括檢測光路系統(tǒng)和電學(xué)系統(tǒng)，所述檢測光路系 統(tǒng)包括光聲吸收腔、激發(fā)光源和檢測光源，其中：
[0008] 所述光聲吸收腔包括腔體、入射窗口、激發(fā)聚光窗口、樣品池以及氣口，腔體可以 是圓柱狀，也可以是球狀等其它適合的形狀；腔體上設(shè)置可關(guān)閉的氣口，前端設(shè)置入射窗口 供檢測光入射，關(guān)閉氣口后形成密閉腔；腔體中段上方留有激發(fā)聚光窗口，樣品池位于腔體 中，與激發(fā)聚光窗口相對，待測物質(zhì)置于樣品池中；所述激發(fā)光源出射的激發(fā)光后對準(zhǔn)樣品 池；所述檢測光源出射的檢測光經(jīng)過檢測光聚焦透鏡后自入射窗口入射光聲吸收腔。
[0009] 所述電學(xué)系統(tǒng)包括激發(fā)光源控制器、檢測光源控制器、微音探測器、信號放大單元 和主機，其中：所述激發(fā)光源控制器連接控制激發(fā)光源；檢測光源控制器連接控制檢測光 源，所述主機連接控制激發(fā)光源控制器和檢測光源控制器；所述微音探測器嵌置于所述光 聲吸收腔的腔體中，微音探測器通過信號放大單元連接主機信號輸入端。
[0010] 優(yōu)選的，所述激發(fā)光源使用脈沖激光光源。激發(fā)光源可以是紫外光源、可見光源或 者紅外光源，波段不受限制；可以是固體激光器，半導(dǎo)體激光器，氣體激光器；可以是連續(xù) 光源，也可以是脈沖光源，但以脈沖光源為佳。
[0011] 優(yōu)選的，所述檢測光源為激光器、空心陰極燈或氙燈，也可以使其他光源，波段不 受限制。
[0012] 優(yōu)選的，所述光聲吸收腔在激發(fā)光入射前為真空狀態(tài)。
[0013] 優(yōu)選的，所述樣品池為可升降的移動樣品池，可調(diào)整待測物質(zhì)位置。
[0014] 優(yōu)選的，在檢測光聚焦透鏡和入射窗口間設(shè)置有斬波器。斬波器的作用是提供調(diào) 制信號給檢測光源，周期性調(diào)制檢測光源的輸出光頻率。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，信號放大單元包括前置放大器和鎖相放大器，所述微音探測器連 接前置放大器，所述鎖相放大器輸入端連接前置放大器和斬波器，輸出端連接主機；斬波器 對檢測光進(jìn)行斬波，使得檢測光有一定的規(guī)律，然后該信號由斬波器輸入到鎖相放大器的 參考信號輸入端，另外一路的微音探測器檢測到的信號通過前置放大器把信號放大并輸入 到鎖相放大器中，鎖相放大器根據(jù)斬波器輸入的信號規(guī)律對由前置放大器輸入的信號進(jìn)行 提取，這樣信噪比就得到提高，探測靈敏度更高。
[0016] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案原理為：在一個光聲池中放置待測物質(zhì)，激發(fā)光聚焦入射 到待測物質(zhì)上，待測物質(zhì)由于吸熱而形成納米粒子云團并擴散到腔中，檢測光入射到光聲 池中被納米粒子云團中的成分吸收而產(chǎn)生光聲效應(yīng)，通過微音探測器探測到的聲波強度而 推算云團中物質(zhì)的含量，進(jìn)而推算待測物質(zhì)中某一成分的含量。
[0017] 本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果為：利用光聲效應(yīng)提高了激光誘導(dǎo)擊穿檢測極限，且 克服了現(xiàn)有光聲光譜法不適用于固體檢測的問題，保證了檢測的靈敏度。
【附圖說明】
[0018] 圖Ia為本發(fā)明檢測裝置光聲吸收腔結(jié)構(gòu)正視圖；
[0019] 圖Ib為本發(fā)明檢測裝置光聲吸收腔結(jié)構(gòu)仰視圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明光聲式激光擊穿檢測裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 其中：
[0022] 1 :光聲吸收腔；1-0 :腔體；1-1 :入射窗口；1-2 :出射窗口；1-3 :激發(fā)聚光窗口； 1-4 :移動樣品池；1-5 :氣口；2 :激發(fā)光源；2-1 :激發(fā)光源控制器；3 :檢測光源；3-1 :檢測 光源控制器；3-2 :檢測光聚焦透鏡；4 :斬波器；5 :微音探測器；6 :信號放大單元；6-1 :前 置放大器；6-2 :鎖相放大器；7 :主機；8 :待測物質(zhì)；
[0023] A :激發(fā)光；B :檢測光。
【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，以便更好地理解本發(fā)明。
[0025] 實施例1
[0026] 圖2所示為檢測裝置整體結(jié)構(gòu)，微音探測器5檢測到的信號通過前置放大器6-1 把信號放大，斬波器4的作用是提供調(diào)制信號給檢測光源3,周期性調(diào)制檢測光源3的輸出 光頻率。前置放大器6-1和斬波器4的信號同時輸入到鎖相放大器6-2中，鎖相放大器6-2 的信號輸出到主機7中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時主機7還與光源控制器1和光源控制器2相連， 通過光源控制器可以控制兩個光源的開關(guān)時間。
[0027] 圖Ia和Ib所示為光聲吸收腔1的具體結(jié)構(gòu)，其中光聲吸收腔1兩端嵌置相對的 入射窗口 1-1和出射窗口 1-2以供檢測光穿過，本發(fā)明采用光聲吸收方式，因此也可省去出 射窗口 1-2。待測物質(zhì)8放置于腔體1-0內(nèi)的移動樣品池1-4中，工作前光聲吸收腔1被抽 真空以防止空氣中其它成分的干擾；激發(fā)光A通過腔體1-0中段上部的激發(fā)聚光窗口 1-3 而聚焦到標(biāo)準(zhǔn)樣