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原文传递一种深海LIBS原位探测装置

专利名称：	一种深海LIBS原位探测装置
摘要：	本发明公开了一种深海LIBS原位探测装置及测试方法，包括甲板控制和水下探测两部分；水下探测部分由LIBS主体舱和LIBS光学探头构成，LIBS主体舱内包含激光器及电源、光谱仪、探测器、中央电控制模块、温度/深度传感器，水下探测部分通过传输电缆实现与甲板控制部分的水上控制室连接，完成信号上下传输并为舱内仪器供电；LIBS光学探头包括前置光路和精确定位辅助装置，负责激光的精确聚焦、LIBS探测和信号收集。本发明的有益效果是体积小巧；并且该系统可以实现对样品的快速精准定位，实现海底固体样品成分的原位实时探测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	中国海洋大学
发明人：	郭金家;卢渊;程凯;郑荣儿
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910695694.8
公开号：	CN110426375A
代理机构：	北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	马金华
分类号：	G01N21/63(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	266100 山东省青岛市崂山区松岭路238号
主权项：	1.一种深海LIBS原位探测装置，其特征在于：包括甲板控制和水下探测两部分；水下探测部分由LIBS主体舱和LIBS光学探头构成，LIBS主体舱内包含激光器及电源、光谱仪、探测器、中央电控制模块、温度/深度传感器，水下探测部分通过传输电缆实现与甲板控制部分的水上控制单元连接，完成信号上下传输并为舱内仪器供电；LIBS光学探头包括前置光路和自动对焦辅助装置，负责激光的精确聚焦、LIBS探测和信号收集。 2.按照权利要求1所述一种深海LIBS原位探测装置，其特征在于：所述LIBS主体舱采用长脉冲激光器作为激发光源以获得更好的激发效果，光栅光谱仪配合ICCD进行分光探测，设计以时间分辨工作模式完成LIBS的探测，避免轫致辐射造成的干扰；系统将通过脐带缆连接ROV电源，LIBS主体舱中设置电压转换模块实现激光器、ICCD、工控机的供电；PC104工控机作为主体舱内仪器控制中心，实现主体舱中各关键设备的运行控制；同时，舱内将配备温度、湿度传感器，实时监控舱内工作环境状况；LIBS主体舱端盖与外筒采用O型圈轴向和端向密封，密封舱前端盖上装有光纤连接件和水密接头，内有多通道光纤光谱仪、电子控制模块；LIBS主体舱尺寸为外径240mm*L800mm，材料采用TC4钛合金，端盖厚度50mm，密封舱壁厚20mm。 3.按照权利要求1所述一种深海LIBS原位探测装置，其特征在于：所述激光耦合部分，将基于多模光纤实现大于20mJ能量、1～10Hz重频下脉冲激光的无损耦合输入，确保激光能量传输大于70％；同时，为适应深海高压极端环境，方便ROV机械手操作，该深海光纤为浸油式封装，保证光纤的柔韧性和正常光学传输；其中，机械限位为ROV机械手携带LIBS光学探头，以探头前端接触烟囱体表面，初步实现探头逼近烟囱体外表面，设计精度达cm量级；然后通过探头外部安装的直线型电机带动滑台推进LIBS探头，直至贴近烟囱体表面至mm量级；在此基础上，再通过探头内部小型电动位移台驱动聚焦镜头微动，结合定焦算法将激光聚焦点精确锁定于烟囱体表面，完成LIBS聚焦定位，保证LIBS定量分析的顺利实现；激光器发出的激光先经过光束准直系统进行扩束和准直后，经双胶合透镜聚焦到样品表面，激发等离子体，系统采用后向收集结构，返回的光由一个分光镜分为两路，大部分光经二向色片反射后，作为信号由抛物面反射镜耦合到光纤中；少部分的光用于对探测物表面进行成像，系统保证最佳探测位置也是成像最清晰的位置，因此可以通过成像的清晰度作为反馈信号，实现对探测物体进行自动对焦，采集的信号光通过光纤耦合到主体舱内的光栅光谱仪中，以实现对样品的探测；探头舱最前端的双胶合透镜固定在一个快速的微型步进电机上，随着图像清晰度的反馈信号进行前后移动，实现自动对焦，系统功能实现的关键在于对探测物进行精准对焦，可自动对焦的LIBS探测系统自动对焦程序共有三个主要步骤：寻找物体表面、扫描物体表面、找到最清晰位置。
所属类别：	发明专利