一種用于libs物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及原子光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自 動(dòng)聚焦方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Xaser-InducedBreakdownSpectroscopy,LIB巧技術(shù)是指將 高能脈沖激光聚焦到待測(cè)樣本表面，激發(fā)樣本產(chǎn)生等離子體，在等離子體消逝過(guò)程中將會(huì) 產(chǎn)生表征物質(zhì)成分的分立譜線，其中譜線的波長(zhǎng)代表著物質(zhì)所含元素的成分，譜線的強(qiáng)度 代表著物質(zhì)所含元素的含量；通過(guò)分析上述光譜，可W實(shí)現(xiàn)物質(zhì)組成和含量的檢測(cè)。
[0003] 在LIBS應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是對(duì)表面不平整的待測(cè)固體樣本或表面有波動(dòng)性的待測(cè) 液體樣本（包括烙融金屬）進(jìn)行成分檢測(cè)的過(guò)程中，激光聚焦位置的變化造成光譜強(qiáng)度的 波動(dòng)，進(jìn)而影響定性和定量分析結(jié)果。目前一般的聚焦方法中，人工調(diào)節(jié)法的聚焦過(guò)程需要 人工參與，具有較大的主觀性，實(shí)時(shí)性不好；基于非接觸測(cè)距的主動(dòng)式自動(dòng)聚焦法，通過(guò)測(cè) 量聚焦距離進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦的目的，但其成本和精度受測(cè)距傳感器影響很大； 基于成像清晰度的被動(dòng)式自動(dòng)聚焦法，將成像的清晰度作為反饋，進(jìn)行自動(dòng)聚焦，但運(yùn)種方 法對(duì)低反差、弱光下的表面聚焦有一定困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦方法及 系統(tǒng)，基于位移傳感器測(cè)距的"粗聚焦"和基于光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)的"精聚焦"的兩步聚焦的新 方法，實(shí)現(xiàn)LIBS成分檢測(cè)時(shí)激光的快速自動(dòng)聚焦，從而獲取穩(wěn)定、高質(zhì)量的光譜信號(hào)。 陽(yáng)0化]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚 焦方法，包括：
[0006] 選擇粗聚焦參考平面，并設(shè)置精聚焦的聚焦范圍R、光譜積分波長(zhǎng)范圍RI、精聚焦 次數(shù)N;
[0007] 加載待測(cè)樣本，根據(jù)位移傳感器測(cè)量到的參考平面與第一聚焦透鏡之間的距離， 調(diào)整聚焦位置，即第一聚焦透鏡到待測(cè)樣本表面的距離；
[0008] 根據(jù)設(shè)置的聚焦范圍R、光譜積分范圍RI、精聚焦次數(shù)N，按照預(yù)設(shè)的步距P改變聚 焦位置同時(shí)進(jìn)行光譜采集，確定每次采集到的光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將最優(yōu)光譜質(zhì)量評(píng)價(jià) 指標(biāo)對(duì)應(yīng)的聚焦位置確定為最優(yōu)聚焦位置，完成本次自動(dòng)聚焦。
[0009] 可選地，所述參考平面與待測(cè)樣本表面相對(duì)距離不變；
[0010] 所述參考平面與第一聚焦透鏡之間的距離和待測(cè)樣本表面與第一聚焦透鏡之間 的距離相近。
[0011] 可選地，所述精聚焦的聚焦范圍R是指精聚焦過(guò)程中第一聚焦透鏡的移動(dòng)范圍；
[0012] 所述精聚焦的聚焦范圍R大于等于位移傳感器的精度M和待測(cè)樣本表面不平整起 伏高度H之中的較大者，即R>MAX(M，H)。
[0013] 可選地，所述根據(jù)位移傳感器測(cè)量到的參考平面與第一聚焦透鏡之間的距離，調(diào) 整聚焦位置包括：
[0014] 獲取參考平面與待測(cè)樣本表面的距離hi;
[0015] 根據(jù)位移傳感器測(cè)量到的參考平面與第一聚焦透鏡之間的距離Hi,調(diào)整Hi使第一 聚焦透鏡到待測(cè)樣本表面的距離Hi-hi等于第一聚焦透鏡的焦距；
[0016] 其中，位移傳感器的基準(zhǔn)面與第一聚焦透鏡處于同一水平面上。 陽(yáng)017] 可選地，光譜采集次數(shù)n=R今pXN。
[0018] 可選地，當(dāng)所述光譜積分波長(zhǎng)范圍RI為一個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間時(shí)，所述光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo) 為該波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的光譜強(qiáng)度積分K:
[0020] 其中，A為波長(zhǎng)；Ai、A,為所設(shè)置的光譜積分波長(zhǎng)范圍RI的上下限：RI= [入1，A2]，T(入）為波長(zhǎng)A處的光譜強(qiáng)度。
[0021] 可選地，當(dāng)所述光譜積分波長(zhǎng)范圍RI為多個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間的并集時(shí)，所述光譜質(zhì)量評(píng) 價(jià)指標(biāo)為多個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間的光譜強(qiáng)度積分的加和Ki:
[0023] 其中，入1表示波長(zhǎng)，n為波長(zhǎng)區(qū)間的數(shù)量，A11、A12為第i個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間的波長(zhǎng)上下 限，滿足光譜積分波長(zhǎng)范圍
為波長(zhǎng)A1處的光譜強(qiáng)度。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，包括：
[0025] 初始化單元，用于選擇粗聚焦參考平面，并設(shè)置精聚焦的聚焦范圍R、光譜積分波 長(zhǎng)范圍RI、精聚焦次數(shù)N;
[00%] 粗聚焦單元，用于加載待測(cè)樣本，根據(jù)位移傳感器測(cè)量到的參考平面與第一聚焦 透鏡之間的距離，調(diào)整聚焦位置，即第一聚焦透鏡到待測(cè)樣本表面的距離；
[0027] 精聚焦單元，用于根據(jù)設(shè)置的聚焦范圍R、光譜積分范圍RI、精聚焦次數(shù)N，按照預(yù) 設(shè)的步距P改變聚焦位置同時(shí)進(jìn)行光譜采集，確定每次采集到的光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將 最優(yōu)光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的聚焦位置確定為最優(yōu)聚焦位置，完成本次自動(dòng)聚焦。
[0028] 可選地，所述粗聚焦單元包括：
[0029] 獲取模塊，用于獲取參考平面與待測(cè)樣本表面的距離hi;
[0030] 調(diào)整模塊，用于根據(jù)位移傳感器測(cè)量到的參考平面與第一聚焦透鏡之間的距離 Hi,調(diào)整Hi使第一聚焦透鏡到待測(cè)樣本表面的距離Hi-hi等于第一聚焦透鏡的焦距；
[0031] 其中，位移傳感器的基準(zhǔn)面與第一聚焦透鏡處于同一水平面上。
[0032] 可選地，所述精聚焦單元包括：
[0033]第一光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)確定模塊，用于當(dāng)所述光譜積分波長(zhǎng)范圍RI為一個(gè)波長(zhǎng) 區(qū)間時(shí)，所述光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)為該波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的光譜強(qiáng)度積分K: CN 1051巧944 A 化h口-p 3/7巧
[0035] 其中，A為波長(zhǎng)；Ai、A,為所設(shè)置的光譜積分波長(zhǎng)范圍RI的上下限：RI= [入1，^2]，T(入）為波長(zhǎng)A處的光譜強(qiáng)度；
[0036] 第二光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)確定模塊，用于當(dāng)所述光譜積分波長(zhǎng)范圍RI為多個(gè)波長(zhǎng) 區(qū)間的并集時(shí)，所述光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)為多個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間的光譜強(qiáng)度積分的加和Ki:
[0038] 其中，^'表示波長(zhǎng)，n為波衣區(qū)間的教音，^。、Ai;為第i個(gè)波衣區(qū)間的波長(zhǎng) 上下限，滿足光譜積分波長(zhǎng)范圍
為波長(zhǎng)A處的光譜強(qiáng)度。
[0039] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
[0040] 上述方案中，通過(guò)加載待測(cè)樣本；在基于位移傳感器測(cè)距的粗聚焦過(guò)程中，根據(jù)位 移傳感器測(cè)量到的參考平面與第一聚焦透鏡之間的距離，調(diào)整聚焦位置；在基于光譜積分 的精聚焦過(guò)程中，根據(jù)已設(shè)置的聚焦范圍R、光譜積分范圍RI、精聚焦次數(shù)N，按照預(yù)設(shè)的步 距P改變聚焦位置同時(shí)進(jìn)行光譜采集，確定每次采集到的光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將最優(yōu)光 譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的聚焦位置確定為最優(yōu)聚焦位置，完成本次自動(dòng)聚焦，從而實(shí)現(xiàn)LIBS 成分檢測(cè)時(shí)激光的快速自動(dòng)聚焦，W獲取穩(wěn)定、高質(zhì)量的光譜信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦方法的原理圖；
[0042] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦方法的方法流程 圖；
[0043] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。 陽(yáng)045] 實(shí)施例一
[0046] 參看圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的原理圖，例如，待測(cè)樣本可W為高溫鋼液（液態(tài)， 表面具有一定的波動(dòng)）；位移傳感器可W為激光位移傳感器，精度M= 1mm;聚焦透鏡B(第 一聚焦透鏡）的焦距f= 300mm;由激光器發(fā)出的高能脈沖激光經(jīng)激光反射鏡反射、聚焦透 鏡B透射后聚焦到待測(cè)樣本（高溫鋼液）表面，激發(fā)待測(cè)樣本（高溫鋼液）產(chǎn)生等離子體， 等離子體消逝過(guò)程中產(chǎn)生的特征光波經(jīng)聚焦透鏡B、聚焦透鏡A、準(zhǔn)直透鏡、光纖由光譜儀 接收，完成光譜信號(hào)的采集。
[0047] 參看圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于LIBS物質(zhì)成分檢測(cè)的自動(dòng)聚焦方 法，包括：
[0048] S1 :選