本實(shí)用新型屬于激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)儀器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置。

背景技術(shù)：

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一種以激光為激發(fā)源的等離子體發(fā)射光譜分析技術(shù)，由于激光脈沖作用時(shí)間短，等離子體壽命短，發(fā)射光譜強(qiáng)度迅速衰減，譜線強(qiáng)度的下降使元素分析靈敏度降低。目前LIBS光譜增強(qiáng)方法主要有雙脈沖激發(fā)、共振激發(fā)、微波輔助、電火花輔助、空間約束等，由于空間約束技術(shù)成本低，全譜增強(qiáng)效果好，不僅能提高譜線強(qiáng)度，對(duì)定量分析性能也有一定程度改善。然而，現(xiàn)有的空間約束腔只能固定于樣品表面，隨著積累激光脈沖數(shù)的增加，激光對(duì)樣品同一位置反復(fù)燒蝕會(huì)產(chǎn)生較深的燒蝕坑，進(jìn)而影響LIBS分析精準(zhǔn)度。

目前，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)做了一些研究，如申請(qǐng)?zhí)枮?01520089462.5的專(zhuān)利公開(kāi)了一種激光誘導(dǎo)擊穿光譜空間增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置采用的空間增強(qiáng)光闌包括三層至八層疊加在一起的同心圓臺(tái)，在每個(gè)同心圓臺(tái)上均布有不同孔徑的光闌，空間增強(qiáng)光闌支架上安裝有被測(cè)樣品支架，被測(cè)樣品設(shè)置在最大同心圓臺(tái)的后上部，可見(jiàn)該裝置可靈活更換不同孔徑空間增強(qiáng)光闌，但在等離子體激發(fā)過(guò)程中樣品相對(duì)固定，樣品和約束腔硬接觸，樣品不能移動(dòng)，無(wú)法避免對(duì)同一位置反復(fù)燒蝕產(chǎn)生深坑的問(wèn)題。又如申請(qǐng)?zhí)枮?01610045515.2公開(kāi)了一種基于等離子體約束腔的微量重金屬檢測(cè)的LIBS系統(tǒng)，所述LIBS系統(tǒng)包括樣品臺(tái)、激光器、等離子體約束腔、光譜儀及數(shù)據(jù)處理器，且其在樣品表面上設(shè)置等離子體約束腔，對(duì)等離子體輻射光起到了增強(qiáng)作用，然而樣品仍然無(wú)法相對(duì)于約束腔移動(dòng)。相應(yīng)地，本領(lǐng)域存在著發(fā)展一種樣品能夠相對(duì)于空間約束腔移動(dòng)的裝置的技術(shù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置，其基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜裝置的工作特點(diǎn)，針對(duì)空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置的結(jié)構(gòu)及部件聯(lián)接關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所述可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置設(shè)置有移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)樣品相對(duì)于空間約束腔移動(dòng)，使得激光作用于樣品表面的位置改變，進(jìn)而避免了激光對(duì)樣品表面的同一位置反復(fù)燒蝕產(chǎn)生深坑，提高了LIBS分析精準(zhǔn)度。此外，所述的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置體積較小，成本較低，且相對(duì)于傳統(tǒng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)具有較好的兼容性，有利于采用空間約束增強(qiáng)光譜的同時(shí)保證了光譜的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置，其包括同軸光路連接桿、約束腔夾具、空間約束腔、樣品夾持組件及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于：

所述同軸光路連接桿連接于同軸采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，以使實(shí)現(xiàn)兩者的同軸定位；所述約束腔夾具連接于所述同軸光路連接桿，所述空間約束腔活動(dòng)的連接于所述約束腔夾具；所述樣品夾持組件設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，其與所述空間約束腔相對(duì)間隔設(shè)置；所述樣品夾持組件用于夾持樣品，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)移動(dòng)以帶動(dòng)所述樣品沿水平方向或者豎直方向移動(dòng)，以改變來(lái)自所述同軸采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)的激光聚焦鏡的激光束照射在所述樣品表面的位置或者改變所述激光聚焦鏡與所述樣品之間的距離。

進(jìn)一步地，所述約束腔夾具包括約束腔夾具上蓋、與所述約束腔夾具上蓋螺紋連接的約束腔夾具下蓋及收容于所述約束腔夾具上蓋及所述約束腔下蓋內(nèi)的壓縮彈簧，所述約束腔夾具上蓋連接于所述同軸光路連接桿。

進(jìn)一步地，所述約束腔夾具上蓋為階梯狀的空腔圓柱體，其包括第一臺(tái)階部及固定連接于所述第一臺(tái)階部的第一本體部，所述第一臺(tái)階部開(kāi)設(shè)有通孔，所述第一本體部開(kāi)設(shè)有與所述通孔相連通的第一階梯槽，所述通孔與所述第一階梯槽共同用于供所述激光束穿過(guò)。

進(jìn)一步地，所述約束腔夾具下蓋呈階梯狀的圓柱體，其開(kāi)設(shè)有與所述第一階梯槽相連通的第二階梯槽，所述第二階梯槽貫穿所述約束腔夾具下蓋；所述壓縮彈簧的一端連接于所述第一階梯槽的底面，另一端穿過(guò)所述第一階梯槽后伸入所述第二階梯槽而連接于所述空間約束腔；所述壓縮彈簧用于將所述空間約束腔的下表面與所述樣品的上表面壓緊。

進(jìn)一步地，所述空間約束腔為階梯狀的圓柱體，其包括第二臺(tái)階部及固定連接于所述第二臺(tái)階部的第二本體部，所述第二本體部開(kāi)設(shè)有半球形腔室，所述第二臺(tái)階部開(kāi)設(shè)有與所述半球形腔室相連通的貫穿孔，所述貫穿孔與所述第二階梯槽相連通；所述第二臺(tái)階部抵靠在所述第二階梯槽的階梯面上，所述階梯面用于限制所述空間約束腔朝所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程。

進(jìn)一步地，所述激光束依次穿過(guò)所述通孔、所述第一階梯槽、所述第二階梯槽及所述貫穿孔后進(jìn)入所述半球形腔室而照射在被所述半球形腔室罩設(shè)的所述樣品的表面上，以燒蝕所述樣品產(chǎn)生等離子體，所述等離子體激發(fā)的同時(shí)產(chǎn)生沖擊波，所述沖擊波在向外擴(kuò)散的過(guò)程中被所述半球形腔室的內(nèi)壁反射回來(lái)，反射的所述沖擊波通過(guò)對(duì)膨脹的等離子體進(jìn)行約束以實(shí)現(xiàn)光譜強(qiáng)度的增加。

進(jìn)一步地，所述樣品夾持組件包括樣品卡座及樣品夾持螺釘，所述樣品卡座可拆卸的連接于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上；所述樣品夾持螺釘與所述樣品卡座相配合以?shī)A持所述樣品而將所述樣品進(jìn)行定位。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z方向垂直位移臺(tái)、X方向水平位移臺(tái)及Y方向水平位移臺(tái)，所述Z方向垂直位移臺(tái)、所述X方向水平位移臺(tái)及所述Y方向水平位移臺(tái)自上向下活動(dòng)的連接在一起，且三者形成三軸位移臺(tái)。

進(jìn)一步地，所述Z方向垂直位移臺(tái)用于帶動(dòng)所述樣品沿豎直方向移動(dòng)以改變所述樣品與所述激光聚焦鏡之間的距離；所述X方向水平位移臺(tái)及所述Y方向水平位移臺(tái)用于帶動(dòng)所述樣品沿水平方向移動(dòng)以改變所述激光束作用于所述樣品表面的位置，進(jìn)而避免所述激光束在同一位置反復(fù)對(duì)所述樣品燒蝕而產(chǎn)生深坑。

進(jìn)一步地，所述同軸光路連接桿的數(shù)量為四個(gè)，四個(gè)所述同軸光路連接桿繞所述空間約束腔的中心軸均勻排布。

通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置主要具有以下有益效果：

(1)所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)移動(dòng)以帶動(dòng)所述樣品沿水平方向或者豎直方向移動(dòng)，以改變來(lái)自所述同軸采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)的激光聚焦鏡的激光束照射在所述樣品表面的位置或者改變所述激光聚焦鏡與所述樣品之間的距離，避免了激光束對(duì)樣品表面的同一位置反復(fù)燒蝕，提高了LIBS分析精準(zhǔn)度，且體積較小，成本較低，兼容性較好；

(2)所述空間約束腔的第二臺(tái)階部抵靠在所述第二階梯槽的階梯面上，所述階梯面用于限制所述空間約束腔朝所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程，實(shí)現(xiàn)所述空間約束腔與所述約束腔夾具下蓋活動(dòng)連接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了所述空間約束腔的行程限制；

(3)所述約束腔夾具上蓋與所述約束腔夾具下蓋螺紋連接，使得所述約束腔下蓋可快速自所述約束腔夾具上蓋取下，進(jìn)而便于快速更換所述空間約束腔；

(4)所述空間約束腔的半球形腔室的內(nèi)壁將沖擊波反射回來(lái)，反射的沖擊波對(duì)膨脹的等離子體進(jìn)行約束以使其體積變小，粒子數(shù)密度增加，從而實(shí)現(xiàn)光譜強(qiáng)度的增加。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式提供的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置處于使用狀態(tài)的示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-同軸光路連接桿，2-激光聚焦鏡，3-聚焦鏡架，4-激光束，5-約束腔夾具上蓋，6-壓縮彈簧，7-約束腔夾具下蓋，8-空間約束腔，9-等離子體，10-樣品，11-樣品卡座，12-樣品夾持螺釘，13-Z方向垂直位移臺(tái)，14-X方向水平位移臺(tái)，15-Y方向水平位移臺(tái)。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式提供的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置，所述裝置通過(guò)移動(dòng)機(jī)構(gòu)可使樣品在等離子體激發(fā)過(guò)程中相對(duì)于空間約束腔水平移動(dòng)，以有效避免激光束對(duì)樣品表面同一位置的反復(fù)燒蝕，且所述裝置體積小，成本低，與傳統(tǒng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)具有較好的兼容性，有利于采用空間約束增強(qiáng)光譜的同時(shí)保證光譜的穩(wěn)定性。

所述的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置包括同軸光路連接桿1、約束腔夾具、空間約束腔8、樣品夾持組件及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述同軸光路連接桿1連接于同軸采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，以使所述的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置與原光路系統(tǒng)(同軸采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng))同軸定位。本實(shí)施方式中，為了保證定位精度和連接的穩(wěn)定性，所述同軸光路連接桿1的數(shù)量為四個(gè)，四個(gè)所述同軸光路連接桿1繞所述空間約束腔8的中心軸均勻排布；可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述同軸光路連接桿1的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要增加或者減少。

所述約束腔夾具連接于所述同軸光路連接桿1。所述空間約束腔8活動(dòng)的連接于所述約束腔夾具。所述樣品夾持組件設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，其用于夾持樣品10，所述樣品10位于所述空間約束腔8的正下方。所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述樣品10沿水平方向或者豎直方向移動(dòng)，以改變激光束4作用于所述樣品10的表面的位置或者改變所述樣品10與激光聚焦鏡2之間的距離。

所述同軸光路連接桿1的一端連接于所述約束腔夾具，另一端連接于聚焦鏡架3。所述聚焦鏡架3開(kāi)設(shè)有收容孔，所述收容孔用于收容所述激光聚焦鏡2。本實(shí)施方式中，所述激光聚焦鏡2的中心軸、所述約束腔夾具的中心軸及所述空間約束腔8的中心軸大致重合。

所述約束腔夾具的一端連接于所述同軸光路連接桿1，另一端連接于所述空間約束腔8。所述約束腔夾具包括約束腔夾具上蓋5、與所述約束腔夾具上蓋5螺紋連接的約束腔夾具下蓋7及收容于所述約束腔夾具上蓋5及所述約束腔下蓋7內(nèi)的壓縮彈簧6。所述約束腔夾具上蓋5連接于所述同軸光路連接桿1，所述約束腔夾具下蓋7活動(dòng)的連接于所述空間約束腔8。

所述約束腔夾具上蓋5為階梯狀的空腔圓柱體，其包括第一臺(tái)階部及固定連接于所述第一臺(tái)階部的第一本體部，所述第一臺(tái)階部開(kāi)設(shè)有通孔，所述第一本體部開(kāi)設(shè)有與所述通孔相連通的第一階梯槽，所述通孔與所述第一階梯槽共同用于供來(lái)自所述激光聚焦鏡2的激光束4穿過(guò)。本實(shí)施方式中，所述同軸光路連接桿1連接于所述第一臺(tái)階部的邊緣；所述第一階梯槽朝向所述約束腔夾具下蓋7的一端內(nèi)壁上形成有內(nèi)螺紋。

所述約束腔夾具下蓋7基本呈階梯狀的圓柱體，其開(kāi)設(shè)有與所述第一階梯槽相連通的第二階梯槽，所述第二階梯槽貫穿所述約束腔夾具下蓋7。本實(shí)施方式中，所述約束腔夾具下蓋7朝向所述約束腔夾具上蓋5的一端的外周上形成有外螺紋，所述外螺紋與所述內(nèi)螺紋相配合，以使所述約束腔夾具上蓋5與所述約束腔夾具下蓋7螺紋連接。所述約束腔夾具下蓋7可以快速自所述約束腔夾具上蓋5取下，以便于快速更換所述空間約束腔8。

所述壓縮彈簧6的一端連接于所述第一階梯槽的底面，另一端穿過(guò)所述第一階梯槽后伸入所述第二階梯槽而連接于所述空間約束腔8。所述壓縮彈簧6用于將所述空間約束腔8的下表面與所述樣品10的上表面壓緊，使得所述空間約束腔8的下表面與所述樣品10的上表面形成軟接觸。

所述空間約束腔8為階梯狀的圓柱體，其包括第二臺(tái)階部及固定連接于所述第二臺(tái)階部的第二本體部，所述第二本體部開(kāi)設(shè)有半球形腔室，所述第二臺(tái)階部開(kāi)設(shè)有與所述半球形腔室相連通的貫穿孔，所述貫穿孔與所述第二階梯槽相連通。本實(shí)施方式中，所述貫穿孔的中心軸、所述空間約束腔8的中心軸及所述半球形腔室的中心軸重合。所述第二臺(tái)階部抵靠在所述第二階梯槽的階梯面上，所述階梯面用于限制所述空間約束腔8朝向所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程。所述第二本體部穿過(guò)所述第二階梯槽。所述半球形腔室罩設(shè)在所述激光束4作用于所述樣品10的區(qū)域上，所述激光束4依次穿過(guò)所述通孔、所述第一階梯槽、所述第二階梯槽及所述貫穿孔后進(jìn)入所述半球形腔室而照射在被所述半球形腔室罩設(shè)的所述樣品10的表面上，以燒蝕所述樣品10產(chǎn)生高溫高壓的等離子體9，所述等離子體9激發(fā)的同時(shí)產(chǎn)生沖擊波，所述沖擊波在向外擴(kuò)散的過(guò)程中被所述空間約束腔8的半球形腔室的內(nèi)壁反射回來(lái)，反射的所述沖擊波對(duì)膨脹的所述等離子體9進(jìn)行約束以使其體積變小，粒子數(shù)密度增加，從而實(shí)現(xiàn)光譜強(qiáng)度的增加。所述等離子體9的光沿激光束光路返回，依次穿過(guò)所述空間約束腔8、所述約束腔夾具下蓋7及所述約束腔上蓋5后被所述激光聚焦鏡2收集，最終進(jìn)入同軸采集光路后被傳輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行分光。

所述樣品夾持組件包括樣品卡座11及樣品夾持螺釘12，所述樣品卡座11可拆卸的連接于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，以便于所述樣品卡座11快速調(diào)節(jié)位置。本實(shí)施方式中，所述樣品卡座11的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述樣品卡座11相對(duì)間隔設(shè)置；兩個(gè)所述樣品卡座11中的一個(gè)開(kāi)設(shè)有螺紋孔，所述樣品夾持螺釘12穿過(guò)所述螺紋孔后抵持在所述樣品10上，以使所述樣品10抵持在另一個(gè)所述樣品卡座11上，所述樣品夾持螺釘12與所述樣品卡座11相配合以?shī)A持所述樣品10而將所述樣品10進(jìn)行定位；可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述樣品卡座11的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要增加或者減少。

所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z方向垂直位移臺(tái)13、X方向水平位移臺(tái)14及Y方向水平位移臺(tái)15，所述Z方向垂直位移臺(tái)13、所述X方向水平位移臺(tái)14及所述Y方向水平位移臺(tái)15依次自上向下活動(dòng)的連接在一起。所述Z方向垂直位移臺(tái)13與所述樣品卡座11相連接。本實(shí)施方式中，所述Z方向垂直位移臺(tái)13、所述X方向水平位移臺(tái)14及所述Y方向水平位移臺(tái)15行成三軸位移臺(tái)。所述Z方向垂直位移臺(tái)13用于帶動(dòng)所述樣品10沿豎直方向移動(dòng)以改變所述樣品10與所述激光聚焦鏡2之間的距離。本實(shí)施方式中，為防止聚焦激光擊穿空氣，調(diào)整所述樣品10表面位于激光焦點(diǎn)上方約3～4mm處。所述X方向水平位移臺(tái)14及所述Y方向水平位移臺(tái)15用于帶動(dòng)所述樣品10沿水平方向移動(dòng)以改變所述激光束4作用于所述樣品10表面的位置，避免所述激光束4在同一位置反復(fù)對(duì)所述樣品10燒蝕而產(chǎn)生深坑。本實(shí)施方式中，所述X方向水平位移臺(tái)14及所述Y方向水平位移臺(tái)15沿水平面呈“弓”形移動(dòng)。

本實(shí)用新型提供的可移動(dòng)式空間約束激光誘導(dǎo)等離子體的裝置，其移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)移動(dòng)以帶動(dòng)所述樣品沿水平方向或者豎直方向移動(dòng)，以改變來(lái)自所述同軸采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)的激光聚焦鏡的激光束照射在所述樣品表面的位置或者改變所述激光聚焦鏡與所述樣品之間的距離，避免了激光束對(duì)樣品表面的同一位置反復(fù)燒蝕，提高了LIBS分析精準(zhǔn)度，且體積較小，成本較低，兼容性較好；所述空間約束腔的第二臺(tái)階部抵靠在所述第二階梯槽的階梯面上，所述階梯面用于限制所述空間約束腔朝所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程，實(shí)現(xiàn)所述空間約束腔與所述約束腔夾具下蓋活動(dòng)連接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了所述空間約束腔的行程限制；所述約束腔夾具上蓋與所述約束腔夾具下蓋螺紋連接，使得所述約束腔下蓋可快速自所述約束腔夾具上蓋取下，進(jìn)而便于快速更換所述空間約束腔；所述空間約束腔的半球形腔室的內(nèi)壁將沖擊波反射回來(lái)，反射的沖擊波對(duì)膨脹的等離子體進(jìn)行約束以使其體積變小，粒子數(shù)密度增加，從而實(shí)現(xiàn)光譜強(qiáng)度的增加。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。