用于遠程化學材料分析的模塊化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過激光誘導等離子體的光譜方法實現的用于遠程化學材料分析的模塊化裝置的構造。
【背景技術】
[0002]用于化學材料分析的方法之一是一種激光誘導等離子體的光譜方法，參照LIBS (激光誘導擊穿光譜)，其基于原子發射光譜(AES)的原理。針對元素組成的確定，通過聚焦的激光脈沖使用一種形成在樣品表面上的等離子體輻射的光譜分析。光譜中的尖銳的發射線使樣品材料中的對應元素的存在信號化，而檢測限制大約幾個單位的ppm的范圍。該方法受歡迎是由于其相對于其它化學材料分析技術提供的優點。尤其是在不經任何特殊訓練的情況下分析所有狀態和大小的樣品的能力，而測量結果實際上實時地自由處理。例如在公開 RADZIEMSKI, L.J.CREMERS, D.的 Handbook of Laser-1nduced BreakdownSpectroscopy (John ffiley&Sons.2006.283p./SBN 0-470_0g2gg-8)中描述了該方法的基本原理
[0003]通常，用于通過LIBS方法分析的裝置包括:脈沖激光器，其用于引入樣品表面上的等離子體；光學系統，其用于聚焦激光脈沖；光學系統，其用于手機等離子體輻射；檢測系統，其用于根據波長及其記錄分散等離子體輻射；裝置，其用于將脈沖激光器與檢測系統同步。使用電磁輻射作為能量和信號載波的原理能夠修改用于遠程分析和現場分析(即，實驗室以外的條件)的LIBS方法。因此，甚至可分析可為工序(即取樣及其傳送)的經典鏈(classical chain)的對象，僅在面對困難或危險或許多其它原因不足的情況下是可行的。
[0004]利用LIBS方法用于遠程分析的系統可分為兩組。第一組使用電磁輻射光纖的轉移，并且其被稱作“遠程LIBS”，第二組使用樣品的電磁輻射導向可見性，并且其被稱作“遠距離(Stand-Off)LIBS”。“遠程(Remote)LIBS”的特征在于較小的消融坑和可分析不直接可見的樣品，但是可利用光纖接近它們。“遠距離LIBS”分析提供了使用實際上無限高能量的可能性，并且同時增大小濃度的元素的檢測極限。可僅基于直接可見性分析光纖不能達到的樣品。缺點是關于噪聲和同時較高等級大小的消融坑的獲得的信號的值一般較低，這例如在公開 F0RIES, F.J.，LASERNA, J.J.的 The development of fieldablelaser-1nduced breakdown spectrometer:No limits on the horizon SpectrochimicaActa Part B-Atomic Spectroscopy (2010, vol.65n0.12, p.975-990)中有所描述。雖然兩種方法彼此合適地完善，但是通過它們的原理和優點，沒有任何已知的裝置可簡單地將兩種變形形式組合并且同時擴展其活性領域。
[0005]存在已知的根據文件US 7092087的其它裝置，其描述了能夠從樣品中檢測癌癥的LIBS裝置的特定應用，并且根據文件US 20030147072，描述了能夠檢測放射性污染的LIBS裝置的特定應用。根據描述，這些裝置的構造不允許利用兩種方法(即“遠距離LIBS”和“遠程LIBS”)分析，并且不含能夠按照使得這兩種方法能夠使用激光脈沖的公共源的方式規定激光脈沖的路線的激光束路由器。
[0006]在文件US8125627中，隨后描述了能夠利用“遠距離LIBS”方法執行分析的裝置，但是其不設計為模塊。其不含有能夠利用“遠程LIBS”方法分析的部件，并且也不具有能夠按照能夠使用通過“遠距離LIBS”或“遠程LIBS”方法分析的激光脈沖的公共源的方式規定激光脈沖的路線的激光束路由器。該裝置配有輔助激光器、拉曼分光鏡和其它特殊組件，這導致其設計復雜度和增加的購買成本。在文件US2011080577和US2012062874中，描述了利用兩種檢測器的裝置，其中的至少一個檢測拉曼光譜，這相似地導致更復雜的構造和導致不可能使用這些裝置作為用于通過兩種方法進行LIBS分析的模塊化單元。
[0007]本發明的目的是引入新的裝置，根據其模塊化設置并且根據激光束路由器的設計，其構造能夠將測量與“遠距離LIBS”方法或“遠程LIBS”方法組合，所述激光束路由器規定激光脈沖的路線，并且能夠針對兩種測量方法使用激光束的公共源。
【發明內容】
[0008]本發明實現了限定的目標，本發明是一種用于遠程化學材料分析的模塊化裝置，其具有基本功能單元，該基本功能單元形成有傳送模塊，該傳送模塊部分地配有通過至少激光器的電源、根據波長及其記錄針對等離子體輻射分布設計的檢測系統、呈PC形式的控制和評價塊以及控制電子塊設置的移動框架構造，并且部分地與包含用作激光脈沖的源的激光器頭的激光器模塊連接，其中本發明的要點在于，激光器模塊配有可選地按照一定路線布置激光脈沖的激光光束路由器(laser beam router)，當執行“遠距離LIBS”方法時，使激光脈沖進入遠距離模塊(stand-off module)，當執行“遠程LIBS”方法時，使激光脈沖進入纖維模塊。
[0009]在裝置的有利設計中，激光器模塊配有固定元件，其可以可拆卸地固定至傳送模塊的框架構造或遠距離模塊。
[0010]在從傳送模塊直接可見樣品的情況下，當利用“遠距離LIBS”方法分析時使用的遠距離模塊形成有至少設計用于將激光脈沖聚焦到樣品的遠距離主要光學系統、設計為收集發射的電磁輻射的遠距離輔助光學系統、掃描相機和距離計量系統，然而遠距離模塊通過用于規定激光脈沖的路線的連接元件與激光器模塊不連通地連接，以及通過用于規定電磁輻射的遠距離收集線纜與傳送模塊連接。
[0011]在裝置的優選設計中，對于傳送模塊的框架構造上的設置或可拆卸地設置的可能性，遠距離模塊配有連接構件，而傳送模塊獲得形狀和尺寸對應的固定平臺。
[0012]另外，有利的是，用于通過“遠程LIBS”方法進行分析的裝置的纖維模塊由針對激光脈沖的聚焦設計的纖維主要光學系統和針對收集發射的電磁輻射設計的纖維輔助光學系統構成，而纖維模塊通過用于規定激光脈沖的路線的連接元件與激光器模塊不連通地連接，以及通過用于規定電磁輻射的線路的纖維收集線纜與傳送模塊連接。
[0013]本發明達到新的和較高的效率，其原因在于，通過能夠在不使用工具的情況下使傳送模塊和遠距離或纖維模塊連接和斷開的構造構件，該裝置能夠將兩種遠程變型形式“遠距離LIBS”和“遠程LIBS”組合，并且與現有解決方案相反的是，能夠基于直接可見性進行對象的遠程分析，并且同時通過纖維檢測探針進行可訪問性差的對象的分析。同時，所述裝置由于依賴于計劃的應用因此可簡單地設置有“遠距離LIBS”模塊、“遠程LIBS”模塊或二者。所述裝置相似地能夠針對兩種化學分析方法使用激光束的共同源，因此減小裝置的重量及其生產成本，并且其模塊性為用戶提供了僅將模塊中的一個傳送至分析地點的可能性，這也降低了傳送需求。
【附圖說明】
[0014]在包括的附圖中示例性地示出了本發明的特定設計，圖中:
[0015]圖1示出了裝置的總體方框圖，示出了用于實現“遠距離LIBS”方法以及“遠程LIBS”方法的功能性模塊的可能連接與它們的相互連結；
[0016]圖2以簡化的方框圖的形式示出了具有用于實現“遠距離LIBS”方法的遠距離模塊的裝置的構造；以及
[0017]圖3以簡化的方框圖的形式示出了具有用于實現“遠程LIBS”方法的纖維模塊的裝置的構造。
[0018]示出本發明并最終描述了特定設計的示例的附圖不以任何形式任何方式限制明確描述的保護