一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號(hào)接收單元、平臺(tái)和數(shù)據(jù)分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測(cè)裝置設(shè)有一個(gè)能產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的電路組成的信號(hào)增強(qiáng)單元。該信號(hào)增強(qiáng)單元在制作上成本較低、有很好的實(shí)用性。該裝置利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，通過(guò)大小和方向不斷連續(xù)變化的磁場(chǎng)約束激光等離子體，能夠有效的提高激光等離子體的輻射光譜強(qiáng)度。相對(duì)于傳統(tǒng)LIBS技術(shù)有更強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度、更低的樣品檢出限和更高的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光譜檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種激光誘導(dǎo)增強(qiáng)等離子體光譜檢測(cè)技術(shù)。尤其涉及到一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)是一種近年來(lái)發(fā)展迅速的原子光譜分析技術(shù)。這種技術(shù)，由于允許快速、多元素實(shí)時(shí)在線檢測(cè)以及無(wú)需樣品的制備，已經(jīng)應(yīng)用于固體、液體和氣體環(huán)境中微量污染物的檢測(cè)。當(dāng)然也在生物醫(yī)學(xué)、文物鑒定、空間探索等其他物質(zhì)檢測(cè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]然而，到目前為止，由于LIBS技術(shù)低的靈敏度和測(cè)量不穩(wěn)定性，嚴(yán)重的制約了它的進(jìn)一步發(fā)展及定量分析?；谶@一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了大量的克服方法，這主要包括雙脈沖(DP) LIBS、空間等離子體約束、以及使用其他附加電場(chǎng)或磁場(chǎng)的方法增強(qiáng)激光等離子體輻射，這些方法在一定程度上提高了 LIBS技術(shù)的檢測(cè)性能。
[0004]其中，磁約束增強(qiáng)等離子體輻射是利用空間的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的約束從而提高其輻射光譜強(qiáng)度，它的主要原理是:高能量激光脈沖誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體以激光中心線為軸向外快速膨脹，在加磁約束條件下，高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在變化的磁場(chǎng)中受到洛倫磁力的作用開始做圓周運(yùn)動(dòng)而被束縛在磁場(chǎng)中，從而增加了等離子體中粒子間的碰撞激發(fā)幾率，從而提高LIBS光譜檢測(cè)靈敏度。
[0005]但是，目前關(guān)于磁約束的研究只涉及到簡(jiǎn)單的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)等離子體約束只是單一均勻磁場(chǎng)，帶電粒子在其中做單一的圓周運(yùn)動(dòng)，而如何實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)中帶電粒子多方向運(yùn)動(dòng)的約束，進(jìn)一步增加等離子體的碰撞幾率，從而更好地提高光譜強(qiáng)度和穩(wěn)定性，是值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有磁約束方案的不足，提出了一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置。該裝置利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，通過(guò)大小和方向的不斷連續(xù)變化的交變磁場(chǎng)約束等激光離子體，有效的提高等離子體輻射光譜強(qiáng)度。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號(hào)接收單元、平臺(tái)和數(shù)據(jù)分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測(cè)裝置設(shè)有一個(gè)能產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的電路組成的信號(hào)增強(qiáng)單元。
[0009]所述的信號(hào)增強(qiáng)單元包括交流電源、通電螺線管和電阻組成的回路。
[0010]所述的交流電源是市電，電壓為220V，頻率為50Hz。
[0011]所述的通電螺線管為實(shí)驗(yàn)室常用的長(zhǎng)直螺線管，兩端的導(dǎo)線與交流電相連，產(chǎn)生方向和大小與電流方向相關(guān)的連續(xù)變化的交變磁場(chǎng)。
[0012]本實(shí)用新型的工作原理為:通常情況下，高能量激光脈沖誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體以激光中心線為軸向外快速膨脹。接通電源時(shí)，均勻交變電流通過(guò)長(zhǎng)直螺線管后，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，通電螺線管周圍產(chǎn)生了正比于電流的交變磁場(chǎng)，激光誘導(dǎo)等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的電子和離子，在磁場(chǎng)中受到洛倫磁力的作用被束縛在磁場(chǎng)中，隨著磁場(chǎng)的變化粒子作反復(fù)的螺旋運(yùn)動(dòng)，加劇了等離子體中粒子間的碰撞幾率，使得更多的原子或離子獲得能量而被激發(fā)或電離。這樣使得處于激發(fā)態(tài)的原子或離子數(shù)密度增加，等離子體的溫度升高。所以在外加磁約束的情況下激光等離子體輻射光譜強(qiáng)度增強(qiáng)，從而提高LIBS光譜檢測(cè)靈敏度。
[0013]運(yùn)用本實(shí)用新型檢測(cè)裝置進(jìn)行的檢測(cè)過(guò)程如下:
[0014]由上述YAG激光器發(fā)射一束激光被反射鏡反射，通過(guò)透鏡聚焦后垂直入射到樣品表面上產(chǎn)生激光等離子體；激光等離子體以垂直于樣品表面的方向迅速向外膨脹，膨脹的等離子體在兩個(gè)通電螺線管之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受洛倫磁力作螺旋運(yùn)動(dòng)，增加了粒子之間的碰撞，在碰撞過(guò)程中發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化，使更多原子和離子獲得能量從低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)或電離，從而使得光譜強(qiáng)度增強(qiáng)。然后利用探頭、光纖、光譜儀組成的信號(hào)接收單元進(jìn)行光譜的采集，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置。
[0016]附圖標(biāo)識(shí):脈沖激光器1、平面發(fā)射鏡2、聚焦透鏡3、光纖4、DG535觸發(fā)器5、光譜儀6、計(jì)算機(jī)7、樣品8、平臺(tái)9、螺線管10、電阻11、交流電源12。
[0017]圖2為本實(shí)用新型信號(hào)增強(qiáng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0019]一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置，包括以下步驟:
[0020]第一步:接通電源12，通過(guò)信號(hào)增強(qiáng)單元產(chǎn)生的交變電流通過(guò)螺線管10，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
[0021]第二步:脈沖激光器I產(chǎn)生的激光通過(guò)平面反射鏡2反射后通過(guò)聚焦透鏡3聚焦于固定于平臺(tái)9的樣品8表面。
[0022]第三步:將樣品8放于由增強(qiáng)單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，激光燒蝕樣品產(chǎn)生的等離子體在交變磁場(chǎng)的作用下受洛倫磁力被約束在磁場(chǎng)中做高速反復(fù)的螺旋運(yùn)動(dòng)，從而加速等離子體中粒子間的碰撞幾率。
[0023]第四步:磁約束作用下的等離子體發(fā)出的光被光纖4收集并傳輸?shù)焦庾V儀6，利用觸發(fā)器5控制光譜儀6記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0024]第五步:光譜儀6將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)7進(jìn)行處理和分析。
【權(quán)利要求】
1.一種交變磁場(chǎng)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)等離子體光譜檢測(cè)裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號(hào)接收單元、平臺(tái)和數(shù)據(jù)分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測(cè)裝置設(shè)有一個(gè)能產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的電路組成的信號(hào)增強(qiáng)單元。
2.所述的信號(hào)增強(qiáng)單元包括交流電源、通電螺線管和電阻組成的回路。
3.所述的交流電源是市電，電壓為220V，頻率為50Hz。
4.所述的通電螺線管為實(shí)驗(yàn)室常用的長(zhǎng)直螺線管，兩端的導(dǎo)線與交流電相連，產(chǎn)生方向和大小與電流方向相關(guān)的連續(xù)變化的交變磁場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】G01N21/63GK203705342SQ201420032172
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】周衛(wèi)東, 蘇雪嬌 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)