時間分辨激光誘導擊穿光譜測量方法技術

本發明專利技術提供了一種時間分辨激光誘導擊穿光譜測量方法，包括：設定光譜儀的積分時間；設定不同的積分延遲時間，以獲得所述不同的積分延遲時間下的多個激光誘導擊穿光譜信號；對所得每個激光誘導擊穿光譜信號中的待分析的特征譜線進行擬合，以獲得不同的積分延遲時間下的特征譜線強度；對所述特征譜線強度進行差分，從而獲得譜線的時間分辨強度曲線。本發明專利技術的方法可以利用簡單的設備實現時間分辨激光誘導擊穿光譜檢測，具有實施容易、成本低的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種時間分辨光譜測量方法，尤其涉及一種。
技術介紹
激光誘導擊穿光譜技術是利用高功率密度脈沖激光入射到物體表面時燒蝕物體產生大量等離子體，在等離子體冷卻過程中，處于激發態的原子(或離子)會發出特定頻率的光子，即產生特征譜線。對等離子體發射光譜進行探測即可得到激光誘導擊穿光譜，通過對光譜進行分析即可得到被測物質的成份和濃度信息。激光聚焦燒蝕待分析樣品時，產生的等離子體持續時間一般為幾百納秒到幾微秒。常規性能光譜儀積分時間為毫秒到數分鐘量級，其測量得到的積分強度為激光等離子 體存在過程中的光譜信號強度之和。因此常規激光誘導擊穿光譜儀無法測量樣品特征譜線的動態演化過程。通過時間分辨光譜測量可以得到樣品特征譜線的動態演化過程，這對研究等離子體溫度和電子密度演化、等離子體熱力學平衡狀態和樣品成份定量分析都具有重要意義。實現時間分辨測量對光譜探測器和時序控制器要求較高，其中時序控制器很容易實現數納秒的時間同步精度，因此時間分辨測量精度主要取決于光譜探測器的最短積分時間。普通光譜儀的最短積分時間一般在微秒到毫秒量級，無法滿足激光誘導擊穿光譜的時間分辨測量。目前可進行時間分辨測量系統大多采用光電倍增管或ICCD，系統成本高。利用低成本系統實現時間分辨測量，對降低利用時間分辨進行成份檢測的激光誘導擊穿光譜設備成本具有重要意義。
技術實現思路
基于業界的上述要求，本專利技術旨在提出一種全新的。具體地說，本專利技術提供了一種，包括設定光譜儀的積分時間；設定不同的積分延遲時間，以獲得所述不同的積分延遲時間下的多個激光誘導擊穿光譜信號；對所得每個激光誘導擊穿光譜信號中的待分析的特征譜線進行擬合，以獲得不同的積分延遲時間下的特征譜線強度；對所述特征譜線強度進行差分，從而獲得譜線的時間分辨強度曲線。本專利技術的方法可以利用簡單的設備實現時間分辨激光誘導擊穿光譜檢測，具有實施容易、成本低廉的特點。本專利技術的主要特點在于結合激光誘導擊穿光譜時序特點，通過控制光譜儀積分延遲時間獲得不同延時下的光譜信號，將測得的特征譜線強度根據固定的時間間隔進行差分，即可得到與差分間隔時間內發射光譜信號的積分強度。該方法用低成本系統實現時間分辨光譜測量，可用于激光誘導等離子體溫度、電子密度及成份定量分析等研究。經過驗證，利用常規性能光譜儀(積分時間為毫秒量級)可以容易實現IOOns水平的時間分辨激光誘導擊穿光譜測量。應當理解，本專利技術以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權利要求所述的本專利技術提供進一步的解釋。附圖說明包括附圖是為提供對本專利技術進一步的理解，它們被收錄并構成本申請的一部分，附圖示出了本專利技術的實施例，并與本說明書一起起到解釋本專利技術原理的作用。附圖中圖I示出了本專利技術的測量系統100的結構示意圖。圖2示出了本專利技術的原理示意圖。圖3示出了本專利技術的的主要步驟的流程圖。 圖4是根據本專利技術的以25#碳鋼標樣為樣品獲得的Fe 228. 03nm譜線強度的時間演化曲線。具體實施例方式現在將詳細參考附圖描述本專利技術的實施例。現在將詳細參考本專利技術的優選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本專利技術中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本專利技術說明書中所提及的一些術語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本專利技術。圖I示出了本專利技術的測量系統100的結構示意圖。為實現上述目的，本專利技術所采用的測量系統100主要包括Nd:YAG脈沖激光器101、全反鏡102、聚焦透鏡103、采集透鏡104、光譜儀105以及計算機106。如圖I所示，Nd = YAG脈沖激光器101所發射的高功率密度脈沖激光依次經由全反鏡102和聚焦透鏡103入射到樣品表面，該高功率密度脈沖激光將燒蝕該樣品，產生大量等離子體。在等離子體冷卻過程中，處于激發態的原子(或離子)會發出特定頻率的光子，即產生特征譜線。光譜儀105通過采集透鏡104對該等離子體發射光譜進行探測，并將探測到的數據傳送至計算機106。在計算機106進行數據處理后，即可得到激光誘導擊穿光譜，通過對光譜進行分析即可得到被測物質的成份和濃度信息。本專利技術主要是基于激光誘導擊穿光譜時序特點，其原理圖如圖2所示，在每個激光脈沖發出并激發處等離子體后，等離子體存在時間為幾百納秒到幾微秒，毫秒量級的積分時間可以完整地收集到整個等離子體光譜信號。相同聚焦位置和脈沖能量情況下，每次激發的等離子體信號基本相同，因此可采取差分的方法來實現時間分辨測量。圖3示出了本專利技術的的主要步驟的流程圖。如圖3所示，本專利技術的200主要包括以下步驟步驟201 :設定光譜儀的積分時間，選擇積分時間為百納秒或毫秒量級；步驟202 :設定不同的積分延遲時間，以獲得所述不同的積分延遲時間下的多個激光誘導擊穿光譜信號；步驟203 :對所述每個激光誘導擊穿光譜信號中的待分析的特征譜線進行擬合，以獲得不同的積分延遲時間下的特征譜線強度；步驟204 :對所述特征譜線強度進行差分，以獲得相應時間點的譜線時間分辨強度，進而獲得一個時間 分辨精度下的譜線強度演化曲線；以下，結合一具體的示例來進一步討論本專利技術的。例如，本實施例采用25#碳鋼樣品作為激光誘導擊穿光譜實驗樣品。該實施例采用光譜儀為AvaSpeC-2048-USB2(積分時間為I. l-60ms，積分時間最小增量為21ns，精度為±21ns)，激光器為Nd = YAG脈沖激光器(波長為1064nm，激光能量為200mJ，脈沖間隔為200ms)，通過光譜儀輸出脈沖到激光器進行外觸發實現時序控制。該實施例的執行步驟如下步驟I :首先，設置光譜儀積分時間為tint，一般光譜儀的積分時間最短在毫秒或數微秒量級，本實施例取tint = 20ms。步驟2 :接著，設置光譜儀積分延遲時間，獲得不同延時t情況下的激光誘導擊穿光譜信號，其中延遲時間h = td0+i X A t, i = 0,1,…，n,td(l為系統延時，At為延時時間增量。本實施例中 td。= 380. 95 u s, At = 50ns。步驟3 :對待分析特征譜線進行擬合，以得到其在不同延時下強&y 。在本實施例中選取Fe 228. 03nm作為分析譜線，對其不同延時下光譜進行擬合得到相應強度么。步驟4 :對特征譜線強度匕,,進行差分，得到相應時間點的譜線時間分辨強度=1 -1即可得到時間分辨精度為tK = At的譜線強度演化曲線。如圖4所示為采用不同間隔進行時間分辨測量結果對比圖，S卩At分別取50ns、IOOns和150ns測得結果。可以理解，該實施例旨在依據一具體操作實例進行介紹，以方便對本專利技術的理解。上述的實施例并非意在將本專利技術限制于該獨特的實施方式。本領域的普通技術人員可以根據已知技術在本專利技術的范圍內做出適當的變化以實現所需的技術效果。綜上所述，為了降低使用時間分辨進行分析和檢測的激光誘導擊穿光譜設備成本，本專利技術結合激光誘導擊穿光譜技術時序特點，提供了一種使用低成本系統通過控制積分延遲時間實現時間分辨激光誘導擊穿光譜測量的方法。該方法使用常規的光譜儀，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種時間分辨激光誘導擊穿光譜測量方法，包括：設定光譜儀的積分時間；設定不同的積分延遲時間，以獲得所述不同積分延遲時間下的激光誘導擊穿光譜信號；對所得每個激光誘導擊穿光譜信號中的待分析的特征譜線進行擬合，以獲得不同的積分延遲時間下的特征譜線強度；對所述特征譜線強度進行差分，從而獲得譜線的時間分辨強度曲線。

【技術特征摘要】
1.一種時間分辨激光誘導擊穿光譜測量方法，包括 設定光譜儀的積分時間； 設定不同的積分延遲時間，以獲得所述不同積分延遲時間下的激光誘導擊穿光譜信號; 對所得每個激光誘導擊穿光譜信號中的待分析的特征譜線進行擬合，以獲得不同的積分延遲時間下的特征譜線強度； 對所述特征譜線強度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王秋平，潘從元，杜學維，安寧，王聲波，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發明
國別省市：