第36卷，第7期 2016年7月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36,No.7:pp2255-2259
July,2016
基于一种远程双脉冲激光透导击穿光谱系统原位分析钢样成分辛勇"，2，孙兰香*，杨志家"，李洋"，丛智博，齐立峰"，张鹏1.2，曾鹏”
1.中国科学院沈阳自动化研究所，工业控制网络与系统研究室，辽宁沈阳110016 2.中国科学院大学，北京100049
摘要为了实现钢铁等金属熔炼过程中实时、在线监测元素组分含量，设计了一种远程双脉冲激光诱导击穿光谱（LBS)分析系统，对远距离的样品进行非接触式远程测量、成分分析。首先利用固体标准钢样对系统进行了测试以及标定，为下一步利用此系统在线监测熔融钢液组分含量提供了基础。实验结果表明：激光远距离聚焦光斑在1mm左右；双脉冲烧蚀比单脉冲烧蚀深度深很多；双脉冲最佳延时在不同距离下不一致；3.1m处双脉冲增强效果比2.1m处更好，其中Ti(I)319.99nm增强最显著为5.19倍；各种元素的标定曲线相关系数r都在0.99左右，重复精度（RSD)基本都小于5%，测量偏差(RMSE)都小于0.021%，2.1
m处的检出限相比3.1m处更低，2.1m处多数元素检出限小于500ppm。关键词激光诱导击穿光谱；远程；双脉冲；在线
中图分类号：0657.3
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964/j. issn, 1000-0593(2016 )07-2255-05
件保护困难等问题，成为其工业应用的瓶颈。本研究将双效冲技术[16-17]与远程技术[18-19]结合起来，设计了一种远程双脉冲LIBS分析系统，这对探测设备的保护性要求大大降低，
激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectrosco Py，LIBS技术是一种基于激光与物质材料相互作用的定性、定量分析技术，其利用聚焦的激光使被测物体的表面烧蚀产生等离子体，通过对等离子体光谱进行采集分析，可以得到被测物体的元素组成及含量。由于LBS技术具有多元素同时快速分析、无需制备样品、可同时测量固体、液体、气体等多种优点，在很多领域都受到了国内外学者的关注[1-10]
LIBS技术的另一个特点是非常适合在线、原位分析，很多学者致力于将LIBS技术应用于冶金领域的在线分析。 Gruber等在实验中，用一束长12m的光纤将等离子体辐射光信号传到分光仪器进行分光、检测，一次分析液态钢中的Cr，Cu，Mn和Ni四种元系的含量，分析时闻仅需7秒， Noll等2}也将LIBS应用于钢铁冶炼过程，实现对钢铁冶炼过程的成分控制和质量监测，Palanco等设计了一个远程开放式LIBS系统成功监视了钢液中Cr和Ni的浓度变化。国内孙兰香等1-15]利用LIBS技术对钢液成分进行在线监测，陆继东等也对钢液中多元素进行实时定量分析。
由于冶金现场存在的高温、灰尘、震动等恶劣环境条
件，所以近距离探测的LBS设备在实际应用中存在光学元收稿日期：2015-05-05，修订日期：2015-10-12
非常适合工业现场在线分析。
利用固体标准钢样对本系统进行了测试以及标定，为下一步利用此系统在线监测熔融钢液组分含量提供了基础。
实验部分 1.1仪器
实验系统如图1所示，两台Nd：YAG激光器通过半波片和偏振片进行激光合束，激光波长1064nm，最大脉冲能量120mJ，脉冲宽度6～~8ns，光斑直径4mm，重复频率20 Hz。合束后的激光束通过反射镜1和2反射到激光扩束聚焦系统（伽利略结构，扩束倍率5.88×），通过改变扩束聚焦系统中两组镜片的间距可使激光在不同距离下聚焦，从而激发样品产生等离子体。等离子体发射光通过望远系统（Casseg rain结构>收集耦合到光纤中，望远系统根据不同的距离调整主副镜间距从而达到最佳收集效果，信号光通过光纤传输到光谱仪，光谱仪为海洋光学的HR2000光纤光谱仪（谱段为185～325nm，分辨率为0.08nm）激光双光束之闻的时闻延迟及光谱仪的采样时间延迟
基金项目：国家(863)计划项目(2012AA040608），国家白然科学基金项目(61473279)和中国科学院科研装备研制项目(YZ201247)资助
作者简介：辛勇1982年生，中国科学院沈阳白动化研究所助理研究员
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*通讯联系人
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