激光诱导击穿光谱测量仪器的设计及应用研究
发布时间：2021-11-14 22:23
激光诱导击穿光谱（简称LIBS）技术是一种新兴的物质元素检测技术。该技术无需样品前处理或只需简单处理,适用于固、液、气等各种形态,包括各种导体、非导体和耐高温的材料,操作简单,分析快速,可实现实时在线测量。基于以上诸多优点和通用性,LIBS也被称为“万能”检测技术,在工业生产控制、环境检测、航空航天等很多领域具有广阔的应用前景。针对目前市场上对LIBS仪器的需求增长,实验或商用的LIBS系统主要依赖进口产品的现状,本论文设计并搭建了一套以CCD为探测器的高分辨光纤光谱仪为基础的LIBS检测仪器,探讨了利用反卷积算法来重构光谱以提高光通量的方法。本论文首先介绍了LIBS技术的应用和优缺点,以及目前国内外LIBS测量仪器的发展状况。在对激光诱导等离子体的产生机理及演化过程的理论分析中,对影响等离子体发射光谱强度的主要因素进行了分析,为LIBS相关实验参数的选择及数据分析奠定了理论基础。在仪器研发方面,详细介绍了LIBS系统的结构组成及各元器件的选取方法,设计了高分辨率光谱仪的光路和数据采集及控制电路,提出了采用元素自身光谱辅助定标的精细波长定标方法。探讨了两种基于算法的光谱数据的处理方法:...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子体产生过程示意图（箭头代表激光脉冲，长度表示脉冲持续时间，代表自由电子，代表离子，代表原子，代表分子，*代表激发分子）
图 2-2 等离子体能级转换图Fig.2-2 Energy level conversion of plasma离子体演化的不同阶段具有不同的辐射特点。形成初期以韧致辐射境致使等离子体中自由电子密度急速增大，各种各态的粒子运动剧能级的分子、离子、原子等就会向低能级跃迁，发射出很强的连续等离子体在膨胀之后，由于和外界环境之间存在较大温差，会很快冷和复合辐射在此阶段占主导地位。此时，连续光谱衰减迅速，原子明显可辨，采集到的光谱信噪比增大。大量研究发现，将光谱采集制在 2-4us，可以获得较好的光谱信噪比[33]。论上研究等离子体形成及其光学性质是通过建立相关的模型来进行地理解等离子体形成和演化的现象以及分析光谱发射信号的产生，应该能够准确地预测发射辐射的光谱分布，其预测结果可以由实验经过不断的改进，现有的一些模型已经能较好的预测温度，电子密机制（碰撞或 stark 效应），等离子体温度的时间演变。原子，离子等离子体频谱的空间和时间分布[34],[35]等模型提供了将观察到的光
上海交通大学硕士学位论文强度的影响因素激光单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率等都IBS 的产生和激光聚焦时的瞬间热效应有关，所以对光谱的信号影响较大，只有在某些特殊情况，跃迁能级之间出现谐振时，产生的光子吸收作用影响[37]，这一效应也被应用于选择特殊的激光波研究表明，当激光脉冲的宽度保持不变时，光谱的增大而变强。以李澜课题组研究激光强度对铜的[38]，实验中激光器波长 1064nm，脉宽 10ns，样量增大时，观察到各谱线强度也会跟着变强，但，谱线强度会趋于稳定，最后反而会变弱，如图
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料成分分析方法探讨[J]. 李军. 中国高新技术企业. 2015(13)
[2]532和1064nm激光的水下LIBS探测对比研究[J]. 宋矫健,田野,卢渊,李颖,郑荣儿. 光谱学与光谱分析. 2014(11)
[3]土壤重金属铅元素的X射线荧光光谱测量分析[J]. 张荣,张玉钧,章炜,陈东,余晓娅,高彦伟. 光谱学与光谱分析. 2013(02)
[4]应用于LIBS的CCD光谱测量系统[J]. 冯为蕾,王福娟,曾万祺,黄国樑,王自鑫,周建英,蔡志岗. 激光与光电子学进展. 2013(01)
[5]微型光纤光谱仪的波长定标分析[J]. 武传龙,冯国英,韩旭,姜海涛,欧群飞,王建军,李密. 激光技术. 2012(05)
[6]光栅光谱仪狭缝宽度对谱线图样影响的研究[J]. 杨佳威,宣迪凯,夏雪琴. 科技视界. 2012(15)
[7]金属材料成分分析方法现状与趋势[J]. 李大为. 工业设计. 2012(03)
[8]各种金属材料成分分析方法现状与趋势[J]. 赵黎锋. 科技创新导报. 2012(05)
[9]ZnO温度传感器光谱监测系统的设计[J]. 叶必卿,汪飞,隋成华,鄢波,石文渊. 中国激光. 2011(07)
[10]激光诱导击穿光谱法分析不锈钢中金属元素[J]. 陆运章,汪家升,乔东坡,郑剑杰,唐莹. 冶金分析. 2010(07)
硕士论文
[1]基于微型光纤光谱仪的LIBS测试仪器的研究[D]. 谢海振.浙江大学 2008
[2]全自动生化分析仪用分光光度计的研究[D]. 霍建伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
本文编号：3495461
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子体产生过程示意图（箭头代表激光脉冲，长度表示脉冲持续时间，代表自由电子，代表离子，代表原子，代表分子，*代表激发分子）
图 2-2 等离子体能级转换图Fig.2-2 Energy level conversion of plasma离子体演化的不同阶段具有不同的辐射特点。形成初期以韧致辐射境致使等离子体中自由电子密度急速增大，各种各态的粒子运动剧能级的分子、离子、原子等就会向低能级跃迁，发射出很强的连续等离子体在膨胀之后，由于和外界环境之间存在较大温差，会很快冷和复合辐射在此阶段占主导地位。此时，连续光谱衰减迅速，原子明显可辨，采集到的光谱信噪比增大。大量研究发现，将光谱采集制在 2-4us，可以获得较好的光谱信噪比[33]。论上研究等离子体形成及其光学性质是通过建立相关的模型来进行地理解等离子体形成和演化的现象以及分析光谱发射信号的产生，应该能够准确地预测发射辐射的光谱分布，其预测结果可以由实验经过不断的改进，现有的一些模型已经能较好的预测温度，电子密机制（碰撞或 stark 效应），等离子体温度的时间演变。原子，离子等离子体频谱的空间和时间分布[34],[35]等模型提供了将观察到的光
上海交通大学硕士学位论文强度的影响因素激光单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率等都IBS 的产生和激光聚焦时的瞬间热效应有关，所以对光谱的信号影响较大，只有在某些特殊情况，跃迁能级之间出现谐振时，产生的光子吸收作用影响[37]，这一效应也被应用于选择特殊的激光波研究表明，当激光脉冲的宽度保持不变时，光谱的增大而变强。以李澜课题组研究激光强度对铜的[38]，实验中激光器波长 1064nm，脉宽 10ns，样量增大时，观察到各谱线强度也会跟着变强，但，谱线强度会趋于稳定，最后反而会变弱，如图
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料成分分析方法探讨[J]. 李军. 中国高新技术企业. 2015(13)
[2]532和1064nm激光的水下LIBS探测对比研究[J]. 宋矫健,田野,卢渊,李颖,郑荣儿. 光谱学与光谱分析. 2014(11)
[3]土壤重金属铅元素的X射线荧光光谱测量分析[J]. 张荣,张玉钧,章炜,陈东,余晓娅,高彦伟. 光谱学与光谱分析. 2013(02)
[4]应用于LIBS的CCD光谱测量系统[J]. 冯为蕾,王福娟,曾万祺,黄国樑,王自鑫,周建英,蔡志岗. 激光与光电子学进展. 2013(01)
[5]微型光纤光谱仪的波长定标分析[J]. 武传龙,冯国英,韩旭,姜海涛,欧群飞,王建军,李密. 激光技术. 2012(05)
[6]光栅光谱仪狭缝宽度对谱线图样影响的研究[J]. 杨佳威,宣迪凯,夏雪琴. 科技视界. 2012(15)
[7]金属材料成分分析方法现状与趋势[J]. 李大为. 工业设计. 2012(03)
[8]各种金属材料成分分析方法现状与趋势[J]. 赵黎锋. 科技创新导报. 2012(05)
[9]ZnO温度传感器光谱监测系统的设计[J]. 叶必卿,汪飞,隋成华,鄢波,石文渊. 中国激光. 2011(07)
[10]激光诱导击穿光谱法分析不锈钢中金属元素[J]. 陆运章,汪家升,乔东坡,郑剑杰,唐莹. 冶金分析. 2010(07)
硕士论文
[1]基于微型光纤光谱仪的LIBS测试仪器的研究[D]. 谢海振.浙江大学 2008
[2]全自动生化分析仪用分光光度计的研究[D]. 霍建伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
本文编号：3495461
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3495461.html
