(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123319800.4 (22)申请日 2021.12.27 (66)本国优先权数据 202111097080.3 2021.09.18 CN (73)专利权人 徐州市检验检测中心 地址 221111 江苏省徐州市 云龙区商聚路 12号 专利权人 南通星光检测科技有限公司 　 北京协同鑫光检测技 术有限公司 (72)发明人 倪浩然　周小计　倪琳　崔小峰　 李衍方　郭坤　刘喆　樊耀塬　 税鸿冕　余天骄　成中豪　马瑞军　 王化勇　董世哲　徐玉山　李迅　(74)专利代理 机构 北京万象新悦知识产权代理 有限公司 1 1360 专利代理师 王岩 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 一种远距离激光诱导击穿光谱组分测试与 亮斑测速系统 (57)摘要 本实用新型公开了一种远距离激光诱导击 穿光谱组分测试与亮斑测速系统。 本实用新型采 用脉冲激光器发射出脉冲激光激发待测样品产 生等离子体， 光谱信号通过椭球面反射镜反射并 聚焦， 收集于位于第一焦点的光纤收集镜头， 通 过多通道 光纤光谱仪中传输至计算机， 计算待测 样品中的元素成分及元素含量； 同时， 由高速相 机同步拍摄激发待测样品产生的等离子体和参 照物并传输至计算机， 根据等离子体的移动轨迹 图像和参照物图像， 结合高速相机的曝光时间， 计算机进行图像处理获得待测样品的喷射流的 运动速度； 本实用新型实现了远距离喷射流液体 或颗粒的成分以及速度测试， 加快了测试时间和 测试频率， 节省了测试设备 数量。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 216747361 U 2022.06.14 CN 216747361 U 1.一种远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在于， 所述远距离 激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统包括： 脉冲激光器、 二相色镜、 扩束聚焦装置、 椭球面反射镜、 光纤收集镜头、 多通道光纤光谱仪、 高速相机、 计算机和参照物； 其中， 待测 样品为喷射流的液体或颗粒物， 光轴垂 直于待测样品的喷射流方向； 椭球面反射镜、 光纤收 集镜头、 高速相机、 二相色镜和扩束聚焦 装置位于光轴上； 椭球面反射镜的镜面形状为部分 椭球面， 椭球面反射镜的面积大于高速相机、 二相色镜和扩束聚焦 装置的面积的四倍； 椭球 面反射镜具有两个焦点， 距离椭球面反射镜较近的焦点为第一焦点， 距离椭球面反射镜较 远的焦点为第二焦点； 光纤收集镜头位于椭球面反射镜的第一焦点， 扩束聚焦装置的焦点 位于椭球面反射镜的第二焦点， 待测样品位于椭球面反射镜的第二焦点； 光纤收集镜头通 过光纤连接至多通道光纤光谱仪； 多通道光纤光谱仪连接至计算机； 在第二焦点旁且位于 高速相机的拍摄范围内设置参照物。 2.如权利要求1所述的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在 于， 所述椭球面反射镜包括椭球面的一个长顶点， 并关于这个长顶点为中心对称； 直径为 200～400mm。 3.如权利要求1所述的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在 于， 所述高速相机、 二相色镜和扩束聚焦装置的尺寸小于10 0mm。 4.如权利要求1所述的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在 于， 所述扩束聚焦装置采用平凹透 镜和平凸透 镜的组合。 5.如权利要求1所述的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在 于， 所述参照物采用标定板， 标定板采用耐高温且不易变形的材料， 标定板所在的平面垂 直 于光轴， 标定 板上刻有 多个标定点， 多个标定点呈周期性 二维分布。 6.如权利要求5所述的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在 于， 所述多个标定点， 行列数均大于5； 标定点的半径小于1mm， 相邻的两个标定点的间距小 于3mm， 精度范围小于15 0nm。 7.如权利要求5所述的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统， 其特征在 于， 所述标定 板采用陶瓷或石英基底。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216747361 U 2一种远距离激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统 技术领域 [0001]本实用新型涉及光谱检测技术， 具体涉及 一种远距离激光诱导击穿光谱组分测试 与亮斑测速系统。 背景技术 [0002]激光诱导击穿光谱(Laser ‑induced breakdown  spectroscopy,简称LIBS)是一种 原子发射谱线分析技术， 通过一束强脉冲激光烧蚀样品激发出等离子体， 通过收集等离子 体冷却过程中辐射的跃迁光谱， 由此 可以得知待测样品的元 素组成。 [0003]在进行激光诱导击穿光谱检测获取元素成分的同时， 可以通过监测等离子体亮斑 的演化与运动， 计算出待测样品的运动速度情况。 [0004]通过椭球面反射镜光路系统， 产生远距离脉冲聚焦点， 在该位置击穿待测样品产 生等离子体， 通过光谱仪 收集信号获取元素谱线强度， 并同时用高速相 机拍摄等离子亮斑 的移动轨 迹， 通过拍摄间隔以及曝光时间计算 运动速度以及速度的变化情况。 发明内容 [0005]为了解决对喷射流的液体或颗粒物的组分以及速度的同步测试问题， 本实用新型 提出了一种远距离 激光诱导击穿光谱组分测试与亮斑测速系统及检测方法。 [0006]本实用新型的远距离激光诱导击穿光谱组分测试与 亮斑测速系统包括： 脉冲激光 器、 二相色镜、 扩束聚焦 装置、 椭球面反射镜、 光纤收集镜头、 多通道 光纤光谱仪、 高速相机、 计算机和参照物； 其中， 待测样品为喷射流的液体或颗粒物， 光轴垂 直于待测样品的喷射流 方向； 椭球面反射镜、 光纤收集镜头、 高速相机、 二相色镜和扩束聚焦 装置位于光轴上； 椭球 面反射镜的镜面形状为部分椭球面， 椭球面反射镜的面积大于高速相 机、 二相色镜和扩束 聚焦装置的面积的四倍； 椭球面反射镜具有两个焦点， 距离椭球面反射镜较近的焦点为第 一焦点， 距离椭球面反射镜较远的焦点为第二焦点； 光纤收集镜头位于椭球面反射镜的第 一焦点， 扩束聚焦装置的焦点位于椭球面反射镜的第二焦点， 待测样品位于椭球面反射镜 的第二焦点； 光纤收集镜头通过光纤连接至多通道光纤光谱仪； 多通道光纤光谱仪连接至 计算机； 在第二焦点旁且位于高速相机的拍摄范围内设置参照物。 [0007]脉冲激光器发射出脉冲激光； 脉冲激光通过二相色镜， 经扩束聚焦装置扩束并聚 焦至待测样品， 激发待测样品产生等离子体； 等离子体发射的光谱信号入射到椭球面反射 镜上， 并通过椭球面反射镜反射并聚焦， 收集于位于第一焦点的光纤收集镜头； 光纤收集镜 头将等离子体发射的光谱信号通过光纤传输至多通道光纤光谱仪中， 多通道光纤光谱仪将 光谱信号传输至计算机， 计算机根据已经标定好的元素成分和元素含量与光谱信号的关 系， 计算待测样品中的元素成分和元素含量； 同时， 由高速相机同步拍摄激发待测样品产生 的等离子体和 参照物， 等离子体会随着待测样品的喷射移动而同步移动， 等离子体的信号 反向经过扩束聚焦装置， 经二相色镜由高速相 机接收， 高速相 机获得等离子体的移动轨迹 图像和参照物图像并传输至计算机； 根据等离子体的移动轨迹图像和参照物图像， 结合高说　明　书 1/4 页 3 CN 216747361 U 3